JPWO2015125936A1

JPWO2015125936A1 - 電源装置

Info

Publication number: JPWO2015125936A1
Application number: JP2016504197A
Authority: JP
Inventors: 喜章市川; 航路小泉; 博貴向笠
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-20
Publication date: 2017-03-30
Also published as: WO2015125936A1; US20160351869A1; DE112015000905T5

Abstract

複数の電池（２）が互いに異なる極性の電極（２１,２２）を隣り合わせて配列された電池集合体（２０）と、電池集合体の二列の電極列（２３,２４）に取り付けられて、各電極列で隣り合う正極（２１）と負極（２２）をそれぞれ接続する複数のバスバ（３）と、電池集合体を複数の電池群（２０ａ〜２０ｄ）に分けて構成した各電池群に属する電池の電極列に取り付けられるバスバを該電池群ごとに保持する複数の保持部材（４ａ〜４ｄ）と、各電池群に属する電池の電圧を該電池群ごとに監視する複数の電池監視ユニット（５ａ〜５ｄ）と、を備えた構成とする。

Description

本発明は、電源装置に関する。

例えば、電動モータを用いて走行する電気自動車やエンジンと電動モータを併用して走行するハイブリッド自動車等には、電源装置が搭載される（特許文献１参照）。
特許文献１に開示された電源装置は、複数の電池（二次電池）からなる電池集合体と、該電池集合体に形成される電極列に取り付けられるバスバモジュールと、各電池の電圧を検出する電圧検出端子に一側が接続される電圧検出線と、前記電圧検出線の他側が接続されて各電池の電圧を検出する電池監視ユニットと、を備えて構成されている。電池集合体は、一対のエンドプレートで挟持された状態で拘束バンド等により束ねられて一体化されている。各電池には正極と負極が上部に間隔をあけて突設されており、これらの電池は正極と負極が隣り合うように交互に向きを入れ換えて配置されている。また、バスバモジュールは、隣り合う電池の正極と負極を繋いで電池を直列接続する複数のバスバを収容するバスバ収容部が複数連結されて構成されている。

日本国特開２０１３−１０５５７１号公報

ところで、電気自動車やハイブリッド自動車の高性能化を図るためには、電源装置の高出力化が求められており、その方策の一つとして電池集合体を構成する電池数の増加が図られている。例えば、特許文献１に開示の電源装置では、１スタックが十数個の電池からなる電池集合体から直流電流を出力する構成とされている。その一方で、かかる電源装置には１スタック分の電池に一つ（一組）のバスバモジュールが装着されており、これにより各電極列で隣接する電池の正極と負極がバスバで繋がれて直列接続されている。また、かかる電源装置では、１スタック分の十数個の電池の電圧を一つの電池監視ユニットで検出する構成とされている。したがって１スタックの電池数が多くなれば、一つのバスバモジュールで接続される１スタック分の電池は高電圧となるとともに、一つの電池監視ユニットにも該高電圧が印加されることとなる。

１スタックが十数個や数十個の電池からなるように、電池集合体を構成する電池数が多い場合には、バスバモジュールや電池監視ユニットに対する所定作業（例えば、交換作業やメンテナンス作業）を行う際における安全確保が特に重要となる。また、数スタック分の電池を一つのバスバモジュールで接続する場合や一つの電池監視ユニットで電圧監視するような場合にも同様の安全確保を図る必要がある。

本発明はこれを踏まえてなされたものであり、その解決しようとする課題は、電池集合体を構成する電池数が多い場合であっても、バスバモジュールや電池監視ユニットの交換作業などを安全に行うことを可能とする電源装置を提供することにある。

本発明の上記課題は、下記構成により解決することができる。
（１）複数の電池が互いに異なる極性の電極を隣り合わせて配列された電池集合体と、前記電池集合体の二列の電極列に取り付けられて、各電極列で隣り合う正極と負極をそれぞれ接続する複数のバスバと、前記電池集合体を複数の電池群に分けて構成した各電池群に属する電池の前記電極列に取り付けられる前記バスバを該電池群ごとに保持する複数の保持部材と、前記各電池群に属する電池の電圧を該電池群ごとに監視する複数の電池監視ユニットと、を備える電源装置。

上記（１）の構成の電源装置によれば、各電池群に属する複数の電池の合計電圧が安全電圧（例えば５０Ｖ〜７０Ｖの範囲、好ましくは６０Ｖ程度）以下となるように、電池集合体を複数の電池群に分けることができる。したがって、各保持部材を安全電圧以下の電池群に分けてそれぞれ取り付けることが可能となる。また、各電池監視ユニットにおいて検出される最大電圧はそれぞれの監視対象である電池群に属する電池の合計電圧となるから、このような検出電圧を最大でも安全電圧以下に抑えることが可能となる。

（２）上記（１）に記載の電源装置であって、
前記各保持部材は、複数連結されたバスバ収容部が前記二列の電極列に対応して前記電池集合体の長手方向に二列並んで構成され、前記各電池監視ユニットが、前記電池集合体の長手方向に二列並んだ前記バスバ収容部の間で、前記電池集合体の短手方向に沿ってこれらバスバ収容部と併設される電源装置。

上記（２）の構成の電源装置によれば、不具合が生じた個別の電池監視ユニットごとに、対応する個別の保持部材を容易に取り外すことができるので、交換の作業性が更に向上する。

本発明によれば、電池集合体を構成する電池数が多い場合であっても、バスバモジュールや電池監視ユニットの交換作業などを安全に行うことを可能とする電源装置を実現することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る電源装置の全体構成を示す斜視図である。図２は本発明の一実施形態に係る電源装置の全体構成を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電源装置について、添付図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る電源装置は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載された電動モータに対する電力供給装置として用いることができるが、その用途はこれに限定されるものではない。なお、以下の説明においては、図１に矢印Ｘで示す方向を前後方向、矢印Ｙで示す方向を左右方向、矢印Ｚで示す方向を上下方向という。なお、上下方向については、図１における上方へ向かう方向を上向き（上側）、下方へ向かう方向を下向き（下側）として特定する。ただし、これらの前後方向、左右方向及び上下方向は、例えば電源装置が車載された状態における各方向（例えば、自動車の前後方向、左右方向や上下方向）と必ずしも一致していなくともよい。

図１に示すように、本実施形態に係る電源装置１は、複数の電池２が互いに異なる極性の電極２１,２２を隣り合わせて配列された電池集合体２０と、電池集合体２０の二列の電極列２３,２４に取り付けられて、各電極列２３,２４で隣り合う正極２１と負極２２をそれぞれ接続する複数のバスバ３と、電池集合体２０を複数の電池群に分けて構成した各電池群に属する電池２の電極列２３,２４に取り付けられるバスバ３を該電池群ごとに保持する複数の保持部材４と、各電池群に属する電池２の電圧を該電池群ごとに監視する複数の電池監視ユニット５と、を備えている。すなわち、本実施形態に係る電源装置１は、電池集合体２０（複数の電池２）を分けて構成した電池群の数に合わせていずれも複数ずつ、保持部材４及び電池監視ユニット５を備えた構成とされている。

この場合、電池群は合計電圧が安全電圧（例えば５０Ｖ〜７０Ｖの範囲、好ましくは６０Ｖ程度）以下に設定される複数の電池２により構成される。すなわち、電池集合体２０は、安全電圧以下の電池群に分けられている。図１に示す構成においては一例として、電池集合体２０が四つの電池群２０ａ〜２０ｄに分けられている。なお、各電池群に属する電池数はこれらの電池の合計電圧が安全電圧以下に設定されていれば特に限定されず、すべての電池群が同数の電池で構成されてもよいし、各電池群が異なる数の電池で構成されても構わない。また、各電池群の電圧が安全電圧以下であれば、電池集合体を構成する電池群の数も任意に設定することが可能である。ここで、電池群は電池集合体２０を安全電圧以下の電池数に便宜上分けるものであり、電池集合体自体を物理的・構造的に分けることは必須ではない。すなわち、後述するバスバ３によって接続された電池２の保持単位（保持部材４）、該電池２の電圧監視対象電池数単位（電池監視ユニット５）が物理的・構造的に分けられていればよい。

電池集合体２０を構成する各電池２は、略直方体状を有し、上部の一端側に正極２１、他端側に負極２２がそれぞれ円柱状に突出してナットを螺合可能に構成されている。これらの電池２は、正極２１と負極２２が隣り合うように交互に向きを入れ換えて配置され、複数の電池２が束ねられて電池集合体２０が構成される。なお、隣り合う電池の間には、これらの電池を絶縁する部材（スペーサ）を介在させてもよい。また、電池２は絶縁性を有する保持ケースで収容保持されてもよい。

バスバ３は、例えば導体平板を打ち抜き加工や折り曲げ加工等することによって形成され、隣り合う電池２の正極２１及び負極２２が挿通される孔（電極孔）を有している。このような電極孔に挿通して突出させた電極２１,２２にナット等が螺合されることで、バスバ３は電池集合体２０に固定され、隣り合う電池２の正極２１と負極２２の間が繋がれて直列接続される。なお、隣り合う電池２の正極２１と負極２２を直列接続するバスバ３には、二つの電極孔が形成され、電池集合体２０の総正極２１ａ及び総負極２２ａに接続されるバスバ３ａには、電極孔が一つのみ形成されている。総正極２１ａは前後方向の一端側に配置された電池２の正極２１であり、総負極２２ａは前後方向の他端側に配置された電池２の負極２２であって、総正極２１ａと総負極２２ａにより電池集合体２０からの直流出力が得られるように構成されている。

またバスバ３には、該バスバ３が接続する電池２の電圧を検出するための電圧検出線が接続される。例えば、導体平板を打ち抜き加工や折り曲げ加工等することによってバスバ３とは別体に形成した電圧検出端子、あるいは電圧検出線を接合するためにバスバ３に形成した電線接合部を介して、バスバ３と電圧検出線が電気的に接続される。電圧検出端子を用いる場合には、該電圧検出端子に圧着部を設け、電圧検出線の導体を圧着部に接合すればよい。そして、バスバ３が接続する一方の電極（正極２１もしくは負極２２）を挿通する貫通孔が電圧検出端子に形成され、該貫通孔に挿通して突出させた電極２１,２２にナット等が螺合されることで、バスバ３とともに電圧検出端子が電池集合体２０に固定される。電線接合部を用いる場合には、例えば絶縁被覆を剥離して導体を露出させた電圧検出線を超音波接合や半田付け等によって電線接合部に接合すればよい。

保持部材４は、樹脂等の絶縁材で構成され、複数連結されたバスバ収容部４１が電池集合体２０の電極列２３,２４に対応して前後方向（電池集合体２０の長手方向）に二列並んで構成されている。隣り合うバスバ収容部４１はヒンジ（弾性を有する屈曲片）により連結することで、熱による膨張や収縮時における保持部材４の変形（具体的にはバスバ収容部４１の歪み）などを防ぐことができる。バスバ収容部４１は、保持部材４の底部から枠状に起立された周壁に囲まれて形成した収容室の中に、バスバ３が一つずつ収容されるように構成されている。収容室に収容されたバスバ３は、周壁から突出させた爪部などにより係止することでバスバ収容部４１に保持することができるように構成されている。ただし、バスバ３の保持方法は爪部による係止の他、接着剤による接合などであっても構わない。また、保持部材４には、電圧検出線を配索するための電線配索部を電池２の配列方向（前後方向）に沿って形成することができる。これにより、電池２にバスバ３を介して接続された電圧検出線を保持部材４にスムーズに配索させることが可能となる。このようにバスバ収容部４１にバスバ３が収容されて保持され、該バスバ３に接続された電圧検出線が電線配索部に配索された状態の保持部材４が、バスバモジュールとして電池集合体２０の各電極列２３,２４に取り付けられる。

本実施形態において、保持部材４は、電池集合体２０を四つに分けて形成される各電池群２０ａ〜２０ｄに属する電池２の電極列に取り付けられるバスバ３を該電池群２０ａ〜２０ｄごとに保持している。したがって、保持部材４は、第一の保持部材４ａ、第二の保持部材４ｂ、第三の保持部材４ｃ、第四の保持部材４ｄの四つに分離可能な構成とされている。なお、本実施形態では保持部材４が四つに分離可能な構成とされているが、要は電池集合体を構成する電池群の数に応じて保持部材が複数に分離可能な構成とされていればよい。

電池監視ユニット５は各電池２の電圧を検出し、検出された電圧値に基づいて各電池２の充放電等の制御を行う電子部品であって、マイクロコンピュータや、各電池２の電圧、電流や温度等の検出回路を有する回路基板を備え、これらがケース内に収容されて電池集合体２０の電極列２３,２４の間に配設されている。例えば、電池監視ユニット５は、電池２の異常時に電池内部から発生したガスを排出するために設けられた排煙ダクトの上部などに取り付けられ、電池集合体２０の長手方向に二列並んだバスバ収容部４１，４１の間で、電池集合体２０の短手方向（左右方向）に沿ってこれらバスバ収容部４１，４１と略同一平面上に併設されることが望ましい。また、保持部材４における二列並んだバスバ収容部４１，４１の間に、電池監視ユニット５を保持するためのユニット保持部を一体に形成することもできる。また、電池監視ユニット５は、電圧検出線を介して各バスバ３とそれぞれ接続されることで、各電池２と電気的に接続されている。これにより、各電池２の電圧が電圧検出線を介して電池監視ユニット５に出力されるように構成されている。電池監視ユニット５と電圧検出線との電気的な接続の方法は特に限定されないが、例えば電池監視ユニット５に電圧検出線を接続するためのコネクタが設けられ、該コネクタに電圧検出線に設けた接続用のコネクタが接続されることで、電池監視ユニット５と電圧検出線が電気的に接続される。これにより、電池監視ユニット５への電圧検出線の接続及び電池監視ユニット５からの電圧検出線の取り外しを容易に行うことができる。

本実施形態において、電池監視ユニット５は、電池集合体２０を四つに分けて形成される各電池群２０ａ〜２０ｄに属する電池２の電圧を該電池群２０ａ〜２０ｄごとに監視している。したがって、電源装置１には、第一の電池監視ユニット５ａ、第二の電池監視ユニット５ｂ、第三の電池監視ユニット５ｃ、第四の電池監視ユニット５ｄが備えられている。本実施形態では、四つの電池監視ユニット５ａ〜５ｄを備えた構成とされているが、要は電池集合体を構成する電池群の数に応じて電池監視ユニットを複数備えた構成とされていればよい。

このように本実施形態によれば、四つの電池群２０ａ〜２０ｄは合計電圧が安全電圧（例えば５０Ｖ〜７０Ｖの範囲、好ましくは６０Ｖ程度）以下に設定されているから、四つの保持部材４ａ〜４ｄを安全電圧以下の四つの電池群２０ａ〜２０ｄに分けてそれぞれ取り付けることができる。また、四つの電池監視ユニット５ａ〜５ｄにおいて検出される最大電圧はそれぞれの監視対象である電池群２０ａ〜２０ｄに属する電池２の合計電圧となるから、かかる検出電圧を最大でも安全電圧以下に抑えることができる。

したがって、第一〜第四の保持部材４ａ〜４ｄや第一〜第四の電池監視ユニット５ａ〜５ｄに対して所定作業を行う場合であっても、該作業を安全電圧の下で行うことができる。すなわち、電池集合体を構成する電池数が多い場合であっても、本実施形態のように電池集合体を安全電圧以下に抑えた複数の電池群に分けて該電池群ごとに保持部材（端的にはバスバモジュール）や電池監視ユニットを備えた構成とすることで、これらの保持部材や電池監視ユニットに対する作業時の安全を図ることができる。例えば、１スタックが十数個や数十個の電池２からなるような電池集合体であっても、バスバモジュールや電池監視ユニットに不具合が生じた場合の交換作業を個別のバスバモジュール及び電池監視ユニットに対して行うことで、作業時の安全を確実に図ることが可能となる。また、不具合が生じた個別のバスバモジュールや電池監視ユニットのみを交換すれば足り、バスバモジュールや電池監視ユニットの全体を交換する必要がないため、作業性の向上を図ることも可能となる。

また、第一〜第四の電池監視ユニット５ａ〜５ｄは、それぞれ第一〜第四の保持部材４ａ〜４ｄにおける二列並んだバスバ収容部４１，４１の間で、電池集合体２０の短手方向に沿ってこれらバスバ収容部４１，４１と略同一平面上に併設されている。そこで、不具合が生じた個別の第一〜第四の電池監視ユニット５ａ〜５ｄごとに、対応する個別の第一〜第四の保持部材４ａ〜４ｄを容易に取り外すことができ、交換の作業性が更に向上する。
また、第一〜第四の電池監視ユニット５ａ〜５ｄを保持するためのユニット保持部を第一〜第四の保持部材４ａ〜４ｄにそれぞれ一体に形成した場合には、個別の第一〜第四の電池監視ユニット５ａ〜５ｄごとに、対応する個別の第一〜第四の保持部材４ａ〜４ｄを同時に取り外すことができ、交換作業が容易となる。

以上、本発明を一実施形態に基づいて説明したが、上述した実施形態は本発明の例示に過ぎないものであり、本発明は上述した実施形態の構成のみに限定されるものではない。したがって、本発明の要旨の範囲で変形又は変更された形態で実施することが可能であることは、当業者にあっては明白なことであり、そのような変形又は変更された形態が本願の請求の範囲に属することは当然のことである。

なお、本出願は、２０１４年２月２０日出願の日本特許出願（特願２０１４−０３０７１６）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

ここで、上述した本発明に係る電源装置の実施形態の特徴をそれぞれ以下に簡潔に纏めて列記する。
［１］複数の電池（２）が互いに異なる極性の電極（正極２１，負極２２）を隣り合わせて配列された電池集合体（２０）と、
前記電池集合体（２０）の二列の電極列（２３，２４）に取り付けられて、各電極列（２３，２４）で隣り合う正極（２１）と負極（２２）をそれぞれ接続する複数のバスバ（３）と、
前記電池集合体（２０）を複数の電池群（２０ａ〜２０ｄ）に分けて構成した各電池群（２０ａ〜２０ｄ）に属する電池（２）の前記電極列（２３，２４）に取り付けられる前記バスバ（３）を該電池群（２０ａ〜２０ｄ）ごとに保持する複数の保持部材（第一の保持部材４ａ、第二の保持部材４ｂ、第三の保持部材４ｃ、第四の保持部材４ｄ）と、
前記各電池群（２０ａ〜２０ｄ）に属する電池（２）の電圧を該電池群（２０ａ〜２０ｄ）ごとに監視する複数の電池監視ユニット（第一の電池監視ユニット５ａ、第二の電池監視ユニット５ｂ、第三の電池監視ユニット５ｃ、第四の電池監視ユニット５ｄ）と、を備える電源装置（１）。
［２］上記［１］に記載の電源装置（１）であって、
前記各保持部材（４ａ〜４ｄ）は、複数連結されたバスバ収容部（４１）が前記二列の電極列（２３,２４）に対応して前記電池集合体（２０）の長手方向に二列並んで構成され、
前記各電池監視ユニット（５ａ〜５ｄ）が、前記電池集合体（２０）の長手方向に二列並んだ前記バスバ収容部（４１，４１）の間で、前記電池集合体（２０）の短手方向に沿ってこれらバスバ収容部（４１，４１）と併設される電源装置（１）。

本発明の電源装置によれば、電動モータを用いて走行する電気自動車やエンジンと電動モータを併用して走行するハイブリッド自動車等に搭載される電源装置において電池集合体を構成する電池数が多い場合であっても、バスバモジュールや電池監視ユニットの交換作業などを安全に行うことができる。

１電源装置
２電池
３バスバ
４保持部材
５電池監視ユニット
２０電池集合体
２０ａ〜２０ｄ電池群
２１正極
２２負極
２３，２４電極列

本発明の上記課題は、下記構成により解決することができる。
（１）複数の電池が互いに異なる極性の電極を隣り合わせて配列された電池集合体と、前記電池集合体の二列の電極列に取り付けられて、各電極列で隣り合う正極と負極をそれぞれ接続する複数のバスバと、合計電圧が５０Ｖ〜７０Ｖの範囲の安全電圧以下に設定されるように前記電池集合体を複数の電池群に分けて構成し、各電池群に属する電池の前記電極列に取り付けられる前記バスバを該電池群ごとに保持する複数の保持部材と、前記各電池群に属する電池の電圧を該電池群ごとに監視する複数の電池監視ユニットと、を備える電源装置。

Claims

複数の電池が互いに異なる極性の電極を隣り合わせて配列された電池集合体と、
前記電池集合体の二列の電極列に取り付けられて、各電極列で隣り合う正極と負極をそれぞれ接続する複数のバスバと、
前記電池集合体を複数の電池群に分けて構成した各電池群に属する電池の前記電極列に取り付けられる前記バスバを該電池群ごとに保持する複数の保持部材と、
前記各電池群に属する電池の電圧を該電池群ごとに監視する複数の電池監視ユニットと、を備える電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記各保持部材は、複数連結されたバスバ収容部が前記二列の電極列に対応して前記電池集合体の長手方向に二列並んで構成され、
前記各電池監視ユニットが、前記電池集合体の長手方向に二列並んだ前記バスバ収容部の間で、前記電池集合体の短手方向に沿ってこれらバスバ収容部と併設される電源装置。