JP6977792B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、複数の組電池を備える電池モジュールに関するものである。

特許文献１に示されるように、バッテリとバッテリ監視システムとを備える電源システムが知られている。バッテリ監視システムは複数のバッテリ監視装置とバッテリＥＣＵとを備えている。

特開２０１８−６１３０３号公報

特許文献１に記載の電源システムでは、複数のバッテリ監視装置とバッテリＥＣＵとが無線通信を行っている。そのためにこの無線通信が電磁ノイズで妨げられることを抑制する必要がある。また、この無線通信が漏れて、他の電気機器に対しての電磁ノイズになることを抑制する必要がある。

そこで本明細書に記載の開示は、無線通信の妨げられること、および、無線通信が漏れることの抑制された電池モジュールを提供することを目的とする。

開示の１つは、複数の組電池（１１）と、
複数の組電池それぞれの物理量を個別に検出する複数の個別検出部（１４）と、
複数の個別検出部それぞれの検出結果を無線で出力する複数の個別通信部（１６）と、
複数の個別通信部それぞれと無線通信する監視部（３０）と、
複数の組電池、複数の個別検出部、複数の個別通信部、および、監視部それぞれを収納空間に収納する、電磁遮蔽筐体（５０）と、
電磁遮蔽筐体における収納空間を区画する区画壁（５３〜５６）の非電磁遮蔽部位（５１ｃ，５７）に対向配置される遮蔽シールド（７０）と、を有し、
非電磁遮蔽部位は、収納空間とその外とを連通する孔（５１ｃ）と、孔を閉塞する非導電性閉塞部（５７）を備える。

これによれば、電磁遮蔽筐体（５０）の収納空間に電磁ノイズの侵入することが抑制される。電磁ノイズの侵入によって、個別通信部（１６）と監視部（３０）との無線通信の妨げられることが抑制される。また、個別通信部（１６）と監視部（３０）との間の無線通信が電磁遮蔽筐体（５０）の収納空間の外に漏れることが抑制される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

電池モジュールと電池ＥＣＵを説明するための模式図である。 遮蔽部の一形態を説明するための図表である。 遮蔽部の一形態を説明するための図表である。 遮蔽部の一形態を説明するための図表である。 遮蔽部の一形態を説明するための図表である。 遮蔽部の一形態を説明するための図表である。

以下、本開示の実施形態と変形例を図に基づいて説明する。これら実施形態と変形例それぞれには共通要素が含まれている。この共通要素をある実施形態で説明した場合、その共通要素の説明を他の実施形態と変形例では省略する。この共通要素には複数の実施形態と変形例それぞれで同一の符号を付与する。

（第１実施形態）
図１に基づいて本実施形態に係る電池モジュールを説明する。本実施形態の電池モジュールは電気自動車やプラグインハイブリッド自動車などの車両に適用される。

＜車載電池＞
図１に電池モジュール１００を示す。電池モジュール１００は車載電源を構成している。電池モジュール１００は車両の電気負荷に電力供給する機能を果たしている。なおもちろんではあるが、複数の電池モジュール１００が電気的に直列接続若しくは並列接続されることで車載電源が構成されてもよい。

電池モジュール１００は車両に搭載されたファンから供給される風によって温度調整される。若しくは、電池モジュール１００は車内を循環する冷却液体で温度調整される。これにより電池モジュール１００の過度な温度変化が抑制されている。

電池モジュール１００の配置場所としては、例えば車両の前部座席下の空間、後部座席下の空間、および、後部座席とトランクルームとの間の空間などを採用することができる。

＜電池モジュール＞
図１に示すように電池モジュール１００は複数の電池スタック１０、統合監視部３０、ケース５０、および、遮蔽部７０を有する。複数の電池スタック１０、統合監視部３０、および、遮蔽部７０それぞれはケース５０の収納空間に収納されている。

＜電池スタック＞
複数の電池スタック１０それぞれは複数の電池セル１１、電池ケース１２、および、情報取得部１３を有する。電池ケース１２は複数の電池セル１１を収納している。情報取得部１３は複数の電池セル１１の物理量を取得してそれを統合監視部３０に出力する機能を果たす。また情報取得部１３は後述の均等化処理を実施する機能を果たす。

電池セル１１は化学反応によって起電圧を生成する二次電池である。この二次電池としては、例えばリチウムイオン二次電池を採用することができる。複数の電池セル１１はｘ方向若しくはｚ方向に積層配置されている。そして複数の電池セル１１は電気的に直列接続されている。これら複数の電池セル１１の配置が電池ケース１２によって保持されている。１つの電池ケース１２に収納された複数の電池セル１１によって１つの組電池が構成されている。各電池スタック１０の備える組電池が電気的に直列接続されている。そして最高電位の電池スタック１０と最低電位の電池スタック１０それぞれに電力線が接続されている。

情報取得部１３は複数の電池セル１１それぞれの物理量を検出する複数のセンサ１４と、これら複数のセンサ１４の検出結果の入力される個別監視部１５と、電波信号の入出力する個別通信部１６と、を有する。センサ１４が個別検出部に相当する。

複数のセンサ１４としては電圧センサ、温度センサ、電流センサがある。電圧センサは複数の電池セル１１それぞれの出力電圧を検出する。温度センサは複数の電池セル１１のうちの少なくとも１つの温度を検出する。電流センサは電気的に直列接続された複数の電池セル１１それぞれに共通して流れる電流を検出する。

個別監視部１５にはこれら複数のセンサ１４の検出結果が入力される。個別監視部１５はこれら複数のセンサ１４の検出結果とともに、複数の電池スタック１０のうちのどの電池スタック１０から出力された信号であるのかを識別するための識別コードの付与された監視信号を生成する。この監視信号が個別通信部１６に入力される。

個別通信部１６は入力された監視信号を電波信号に変換する。この電波信号が個別通信部１６からケース５０の収納空間に出力される。この電波信号が統合監視部３０で受信される。

＜統合監視部＞
統合監視部３０は複数の電池スタック１０それぞれから出力された電波信号を受信する。統合監視部３０はこの電波信号をデジタル信号に変換する。そして統合監視部３０はそのデジタル信号を電池ＥＣＵ２００に出力する。統合監視部３０が監視部に相当する。

電池ＥＣＵ２００は入力されたデジタル信号に基づいて電池モジュール１００のＳＯＣを算出する。ＳＯＣはstate of chargeの略である。そして電池ＥＣＵ２００は検出したＳＯＣと、他の車載ＥＣＵや車載センサなどから入力される車載情報とに基づいて電池モジュール１００の充放電を判定する。

また電池ＥＣＵ２００は複数の電池スタック１０それぞれに含まれる複数の電池セル１１それぞれのＳＯＣを算出する。そして電池ＥＣＵ２００は複数の電池セル１１それぞれのＳＯＣの均等化処理の実施を判断する。電池ＥＣＵ２００はその均等化処理の判断に基づく指示信号を統合監視部３０に出力する。

統合監視部３０は入力された指示信号を電波信号としてケース５０の収納空間に出力する。この指示信号には上記の識別コードが含まれている。そのために複数の個別監視部１５のうちの電波信号に含まれている識別コードに対応する個別監視部１５のみがこの電波信号を受信する。

個別監視部１５は複数の電池セル１１それぞれを個別に充放電するためのスイッチ素子を備えている。個別監視部１５は入力された指示信号に基づいてスイッチ素子を開閉制御する。これにより複数の電池セル１１のうちの特定の電池セル１１同士が電気的に接続される。

電気的に接続された複数の電池セル１１のうちの相対的にＳＯＣの高い電池セル１１からＳＯＣの低い電池セル１１へと電流が流れる。この結果、複数の電池セル１１それぞれのＳＯＣが均等化される。

なお、１つの電池スタック１０に含まれる複数の電池セル１１それぞれのＳＯＣがその電池スタック１０に含まれる個別監視部１５によって算出されてもよい。そしてその個別監視部１５が複数の電池セル１１それぞれのＳＯＣの均等化処理の実施の判断を行ってもよい。

＜ケース＞
ケース５０は開口を有する筐体５１と、この開口を閉塞する態様で筐体５１に固定される蓋体５２と、を有する。筐体５１は底壁５３と底壁５３から環状に起立した側壁５４と、を有する。蓋体５２は底壁５３と離間して対向する天壁５５と、天壁５５から環状に起立して側壁５４の先端側へと延びた縁壁５６と、を有する。側壁５４の先端側と縁壁５６の先端側とが互いに連結されている。これによってケース５０の収納空間が構成されている。底壁５３、側壁５４、天壁５５、縁壁５６それぞれが区画壁に相当する。

筐体５１には、筐体５１と蓋体５２とによって構成される収納空間とその外の空間（外部空間）とを連通するための孔５１ｃが形成されている。孔５１ｃは筐体５１の内壁面５１ａと外壁面５１ｂとに開口している。

この孔５１ｃの用途としては、ケース５０の通気用、電力線の取り出し用、信号線の取り出し用などがある。図１では統合監視部３０と電池ＥＣＵ２００とを接続する信号線２０１の取り出し用の孔５１ｃを代表として図示している。

上記したようにケース５０の収納空間において複数の電池スタック１０それぞれの情報取得部１３と統合監視部３０との間で無線通信が行われる。電池モジュール１００が電磁ノイズ源となることを避けるために、この無線通信がケース５０の収納空間の外に漏れることを抑制する必要がある。逆に、この無線通信が阻害されることを抑制するために、電磁ノイズがケース５０の収納空間に侵入することを抑制する必要がある。

係る課題を解決するために、筐体５１と蓋体５２それぞれは電磁波を遮蔽する性能を備えている。筐体５１と蓋体５２を備えるケース５０が電磁遮蔽筐体に相当する。このような電磁遮蔽の性能を備えるために、筐体５１と蓋体５２とは以下に一例として示す材料を備えている。

例えば、筐体５１と蓋体５２とは金属などの導電材料を備えている。筐体５１と蓋体５２とは樹脂材料と、その表面を覆う導電材料と、を備えている。筐体５１と蓋体５２とは樹脂材料と、その内部に埋め込まれた導電材料と、を備えている。筐体５１と蓋体５２とはカーボン繊維を備えている。

ただし、筐体５１と蓋体５２とが上記の電磁遮蔽の性能を備えていても、上記したように筐体５１には様々な用途の孔５１ｃが形成される。この孔５１ｃは筐体５１における非電磁遮蔽部位に相当する。この孔５１ｃを介して情報取得部１３と統合監視部３０との間の無線通信が収納空間の外に漏れる虞がある。この孔５１ｃを介してケース５０の収納空間に電磁ノイズが侵入する虞がある。

＜遮蔽部とその作用効果＞
係る課題を解決するために、遮蔽部７０がケース５０の収納空間に収納されている。以下においては、互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向と示す。

遮蔽部７０は電磁遮蔽機能を備えている。係る機能を備えるために遮蔽部７０は導電材料を備えている。遮蔽部７０としては、厚さの薄い金属板、金網、金属テープ、非導電材料の表面に導電材料の塗布された物、導電性繊維で形成された板などを採用することができる。遮蔽部７０が遮蔽シールドに相当する。

図１に示すように遮蔽部７０はケース５０の収納空間において孔５１ｃと対向配置される。遮蔽部７０はｙ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。遮蔽部７０と孔５１ｃとのｙ方向の離間距離は、例えば遮蔽部７０のｙ方向に直交する方向の長さよりも短くなっている。

遮蔽部７０のｙ方向に沿った側壁５４における孔５１ｃの非形成部位側への投影領域内に孔５１ｃのすべてが含まれている。遮蔽部７０の一部が孔５１ｃと対向し、残りが側壁５４における孔５１ｃの非形成部位と対向している。

係る配置構成のため、無線通信が孔５１ｃを介して収納空間の外に飛び出すことが遮蔽部７０によって抑制される。電磁ノイズが孔５１ｃを介して収納空間に侵入したとしても、その電磁ノイズの一部を遮蔽部７０によって収納空間の外に反射することができる。また、電磁ノイズの一部を遮蔽部７０と側壁５４における孔５１ｃの非形成部位との間で反射を繰り返させて減衰することができる。

なお、遮蔽部７０は筐体５１と一体的に製造されてもよいし、別体で製造されてもよい。両者が別体で製造される場合、遮蔽部７０は溶接やボルト止めなどによって筐体５１に連結される。電磁遮蔽機能として電磁波を反射する性能を備える導電材料としては、例えば鉄やアルミニウムなどを採用することができる。

＜遮蔽部の形状＞
以下においては、遮蔽部７０の形状として適宜採用することのできる形態を図２〜図６に基づいて説明する。

遮蔽部７０として金属板を採用した場合、例えば図２に示すように、遮蔽部７０は孔５１ｃと対向配置される対向部７１と、対向部７１から側壁５４における孔５１ｃの非形成部位へと延びた脚部７２と、を有する。図２の（ｂ）欄では、対向部７１と脚部７２とを区別するために、その境に一点鎖線を付与している。

対向部７１はｙ方向の厚さの薄い平板形状を成している。対向部７１はｚ方向で並ぶ２つの端部とｘ方向で並ぶ２つの端部を有する。脚部７２はこれら４つの端部のうちのｚ方向において統合監視部３０側に位置する１つの端部を除く３つの端部それぞれからｙ方向に起立している。これにより脚部７２はｙ方向まわりの周方向でギャップを有する環状を成している。この脚部７２の先端側が側壁５４に連結されている。脚部７２の先端側によって孔５１ｃがｙ方向まわりの周方向で部分的に囲まれている。

より具体的に脚部７２の形状を説明すると、図２の（ａ）欄に示すように、脚部７２は対向部７１の端部から側壁５４へと向かうにしたがって、対向部７１と側壁５４との間の空間から徐々に離間する態様で湾曲している。

係る構成のため、孔５１ｃを介して対向部７１と側壁５４との間の空間に侵入した電磁ノイズが、ｙ方向に直交する方向において収納空間の内側へと伝搬することが脚部７２によって抑制される。また、ｙ方向に直交する方向において、無線通信が対向部７１と側壁５４との間の空間に侵入することが脚部７２によって抑制される。

なお、孔５１ｃに信号線２０１や電力線などが通されない場合、例えば図３に示すように、脚部７２は対向部７１の備える４つの端部すべてから側壁５４へと向かって延びてもよい。

図４の（ａ）欄に示すように、遮蔽部７０は、ｙ方向に離間しつつ、一部がｙ方向で対向する複数の対向部７１を備える構成を採用することもできる。係る構成の場合、複数の対向部７１のうちの１つに入射した電磁ノイズの一部が複数の対向部７１の間で反射を繰り返す。これにより電磁ノイズことで減衰される。なお、図４においては、孔５１ｃに非導電性の樹脂材料から成る閉塞部材５７が設けられている。閉塞部材５７が非導電性閉塞部に相当する。

図４の（ｂ）欄に示すように、遮蔽部７０は、上記の複数の対向部７１の他に、これら複数の対向部７１それぞれから側壁５４へと延びた脚部７２を備えてもよい。これら複数の脚部７２はｚ方向で離間しつつ、一部がｚ方向で対向している。複数の対向部７１と複数の脚部７２とによって構成される空間がラビリンス形状を成している。そのためにこれら複数の対向部７１と複数の脚部７２とを備える遮蔽部７０に侵入した電磁ノイズは、ラビリンス形状の空間で反射を繰り返しやすくなる。この結果、電磁ノイズが減衰されやすくなる。

図５の（ａ）欄に示すように、遮蔽部７０として厚さが金属板よりも薄い金属テープを採用することができる。遮蔽部７０における側壁５４側の面は接着面になっている。係る構成のため、図５の（ａ）欄に示すように、遮蔽部７０によって孔５１ｃを閉塞するとともに、例えば信号線２０１をケース５０に固定することができる。また、遮蔽部７０によってケース５０の収納空間の収納容量が減ることが抑制される。収納空間への異物の侵入を抑制することができる。

図５の（ｂ）欄に示すように、遮蔽部７０としては厚さが金属板よりも薄い金網を採用することができる。遮蔽部７０は側壁５４における孔５１ｃの開口部位に設けられる。これにより、遮蔽部７０によってケース５０の収納空間の収納容量が減ることが抑制される。収納空間への異物の侵入を抑制するとともに、収納空間とその外との連通を行うことができる。なお、金網の開口の最長径は、使用する電波の周波数帯域に依存するが、例えば数ｃｍオーダー以下を採用することができる。

遮蔽部７０は入力された電磁波を熱エネルギーに変換することで、電磁波を吸収する機能を備えてもよい。このような機能を備える材料としては、例えば、カーボン粒子を採用することができる。図６の（ａ）欄に示すように、係るカーボン粒子の含まれた塗料７３が遮蔽部７０の孔５１ｃ側の面に塗布された構成を採用することもできる。

若しくは、例えば図６の（ｂ）欄に示すように、遮蔽部７０における孔５１ｃ側の面に電磁波を吸収するための凹凸７４の形成された構成を採用することもできる。

以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

１０…電池スタック、１１…電池セル、１２…電池ケース、１３…情報取得部、１４…センサ、１５…個別監視部、１６…個別通信部、３０…統合監視部、５０…ケース、５１…筐体、５１ｃ…孔、５２…蓋体、５３…底壁、５４…側壁、５５…天壁、５６…縁壁、５７…閉塞部材、７０…遮蔽部、７１…対向部、７２…脚部、１００…電池モジュール

Claims (14)

1. 複数の組電池（１１）と、
   複数の前記組電池それぞれの物理量を個別に検出する複数の個別検出部（１４）と、
   複数の前記個別検出部それぞれの検出結果を無線で出力する複数の個別通信部（１６）と、
   複数の前記個別通信部それぞれと無線通信する監視部（３０）と、
   複数の前記組電池、複数の前記個別検出部、複数の前記個別通信部、および、前記監視部それぞれを収納空間に収納する、電磁遮蔽筐体（５０）と、
   前記電磁遮蔽筐体における前記収納空間を区画する区画壁（５３〜５６）の非電磁遮蔽部位（５１ｃ，５７）に対向配置される遮蔽シールド（７０）と、を有し、
   前記非電磁遮蔽部位は、前記収納空間とその外とを連通する孔（５１ｃ）と、前記孔を閉塞する非導電性閉塞部（５７）を備える電池モジュール。
2. 前記遮蔽シールドは、前記非電磁遮蔽部位と対向する対向部（７１）と、前記対向部から前記区画壁に向かって延び、その先端側が前記区画壁に連結される脚部（７２）と、を有する請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記脚部は前記対向部から前記区画壁側へと環状に起立し、前記先端側の少なくとも一部が前記非電磁遮蔽部位を囲む態様で前記区画壁に連結されている請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記遮蔽シールドの少なくとも一部は導電性の金網である請求項１〜３いずれか１項に記載の電池モジュール。
5. 前記監視部は、前記電磁遮蔽筐体内において前記孔を備える前記区画壁に配置されている請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記非電磁遮蔽部位と前記遮蔽シールドとの対向方向に直交する一方向である前記電磁遮蔽筐体の高さ方向において、前記監視部と前記遮蔽シールドとが並んでいる請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記組電池をそれぞれ備える複数の電池スタック（１０）を有し、
   前記個別通信部は、複数の前記電池スタックに個別に設けられるとともに、前記高さ方向において前記遮蔽シールドに対する前記監視部の配置側の端部にそれぞれ設けられ、
   前記孔は、前記高さ方向において前記端部よりも下方に位置している請求項６に記載の電池モジュール。
8. 複数の前記電池スタックは、前記対向方向に並んでおり、
   前記対向方向において、前記電池スタックと前記監視部とが並んでいる請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記個別通信部のそれぞれは、前記高さ方向において、前記監視部と該監視部にもっとも近い前記電池スタックとが対向する部分よりも上方に位置し、
   前記遮蔽シールドは、前記高さ方向において、前記監視部と該監視部にもっとも近い前記電池スタックとが対向する部分よりも下方に位置し、
   前記対向方向において、前記監視部と該監視部にもっとも近い前記電池スタックとの距離が、前記遮蔽シールドと該遮蔽シールドにもっとも近い前記電池スタックとの距離よりも短い請求項８に記載の電池モジュール。
10. 前記遮蔽シールドは、前記高さ方向において前記孔と前記個別通信部の間の位置で、前記孔を備える前記区画壁から前記対向方向に延びている請求項７〜９いずれか１項に記載の電池モジュール。
11. 前記高さ方向において、前記個別通信部および前記監視部それぞれの上端は、前記電池スタックよりも上方に位置している請求項７〜１０いずれか１項に記載の電池モジュール。
12. 前記遮蔽シールドは、前記孔を備える前記区画壁よりも薄い請求項１に記載の電池モジュール。
13. 前記遮蔽シールドは、前記孔を囲む態様で前記孔を備える前記区画壁に連結されている請求項１に記載の電池モジュール。
14. 前記非導電性閉塞部は、樹脂材料を含んで構成されている請求項１に記載の電池モジュール。

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