KR20110048001A - 배터리 모듈, 배터리 시스템 및 그를 구비한 전동 차량 - Google Patents

배터리 모듈, 배터리 시스템 및 그를 구비한 전동 차량 Download PDF

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요시또모 니시하라
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도모유끼 마쯔바라
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Abstract

배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈을 구비한다. 배터리 모듈은 주 회로 기판을 포함하고, 다른 배터리 모듈은 부 회로 기판을 포함한다. 주 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 셀 특성 검출 회로, 및 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 포함한다. 부 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 셀 특성 검출 회로를 포함하고, 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 포함하지 않는다. 다른 배터리 시스템의 배터리 모듈에 있어서는, 한쪽 단부면 프레임에는 제1 프린트 회로 기판, 기판 홀더 및 제2 프린트 회로 기판이 설치된다. 제1 및 제2 프린트 회로 기판에는, 각 배터리 셀의 단자간 전압을 검출하는 검출 회로 및 통신 기능을 갖는 통신 회로가 각각 실장된다.

Description

배터리 모듈, 배터리 시스템 및 그를 구비한 전동 차량{BATTERY MODULE, BATTERY SYSTEM AND ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은, 배터리 모듈, 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 시스템 및 그를 구비한 전동 차량에 관한 것이다.
전동 자동차 등의 이동체의 구동원으로서 사용되는 배터리 시스템에 있어서는, 소정의 구동력을 얻기 위하여, 충방전이 가능한 하나 또는 복수의 배터리 모듈이 설치된다. 각 배터리 모듈은, 복수의 전지(배터리 셀)가 예를 들어 직렬로 접속된 배터리 블록 및 각 배터리 셀의 전압을 검출하는 검출 회로를 갖는다.
일본 특허 공개 평8-162171호 공보에는, 전기 자동차 등의 이동체에 탑재되는 조전지의 감시 장치가 기재되어 있다. 조전지는 복수의 모듈로 이루어진다. 각 모듈은 복수의 셀을 포함한다. 감시 장치는, 복수의 모듈에 각각 접속된 복수의 전압 계측 유닛, 및 전자 제어 유닛(ECU)을 구비한다. ECU는 복수의 전압 계측 유닛에 접속된다. 각 전압 계측 유닛에 의해 검출된 모듈의 전압은 ECU에 전송된다.
일본 특허 공개 제2009-168720호 공보에는, 축전기, 콘택터 및 매니지먼트 유닛(MGU)을 구비하는 전지 시스템이 기재되어 있다. 축전기는 직렬 접속된 복수의 셀, 및 복수의 제어 유닛을 구비한다. 각 제어 유닛은 각 셀의 전압 등을 검출하는 상태 검출부를 갖는다. 복수의 제어 유닛은 MGU에 접속된다.
일본 특허 공개 평8-162171호 공보에 기재된 조전지의 감시 장치에서는, ECU가 조전지의 충전 제어 및 수명 판정 등의 여러 가지 감시 및 제어를 행한다.
또한, 일본 특허 공개 제2009-168720호 공보에 기재된 전지 시스템에서는, MGU가 축전기의 감시 및 제어를 행한다.
일본 특허 공개 제2009-220740호 공보에는, 연료 전지의 복수의 배터리 셀(단셀)의 전압을 검출하는 신호 처리 모듈이 기재되어 있다. 연료 전지는, 복수의 배터리 셀이 두께 방향으로 적층되고, 그 양단부면이 한 쌍의 플레이트 및 지지 로드에서 끼움 지지되는 구성을 구비한다. 신호 처리 모듈은 하우징의 내부에 복수의 회로 기판이 적층된 구성을 갖는다. 이 신호 처리 모듈은 복수의 배터리 셀의 적층 방향에 평행한 연료 전지의 상면에 설치된다.
그러나, 일본 특허 공개 평8-162171호 공보의 조전지 및 감시 장치를 사용한 시스템 및 일본 특허 공개 제2009-168720호 공보의 전지 시스템에서는, 배선이 복잡화됨과 함께 소형화가 곤란하다.
일본 특허 공개 제2009-220740호 공보에 기재된 신호 처리 모듈을 구비한 연료 전지에서는, 배터리 셀의 수에 따라서 신호 처리 모듈에 복수의 회로 기판이 적층된다. 그러나, 신호 처리 모듈을 구비한 연료 전지를 설치하기 위해서는 3차원적으로 큰 공간이 필요해진다. 그로 인해, 신호 처리 모듈을 구비한 연료 전지를 설치 가능한 공간이 한정된다.
본 발명의 목적은, 배선의 단순화가 가능함과 함께 소형화가 가능한 배터리 시스템 및 그를 구비한 전동 차량을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 복수의 회로 기판이 설치되는 것에 의한 설치 공간의 제한이 완화된 배터리 모듈, 배터리 시스템 및 전동 차량을 제공하는 것이다.
(1) 복수의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈을 구비하고, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈은 주 회로 기판을 더 포함하고, 다른 배터리 모듈은 부 회로 기판을 더 포함하고, 주 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 제1 셀 특성 검출 회로와, 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 포함하고, 부 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 제2 셀 특성 검출 회로를 포함하고, 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 포함하지 않는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따르는 배터리 시스템에 있어서는, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈은 주 회로 기판을 갖는다. 또한, 다른 배터리 모듈은 부 회로 기판을 갖는다. 주 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 제1 셀 특성 검출 회로와, 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 포함한다. 한편, 부 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 제2 셀 특성 검출 회로를 포함하고, 제어 관련 회로를 포함하지 않는다.
이 경우, 제어 관련 회로가 배터리 모듈에 설치되므로, 배터리 시스템에 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 소형화할 수 있다.
(2) 주 회로 기판은, 제1 셀 특성 검출 회로 및 제어 관련 회로를 포함하는 공통의 회로 기판에 의해 구성되어도 된다.
이 경우, 제1 셀 특성 검출 회로와 제어 관련 회로 사이의 배선을 회로 기판 상에 형성할 수 있다. 이에 의해, 배터리 시스템의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 보다 소형화할 수 있다.
(3) 주 회로 기판은, 제1 셀 특성 검출 회로를 포함하는 제1 회로 기판과, 제어 관련 회로를 포함하는 제2 회로 기판에 의해 구성되어도 된다.
이 경우, 제어 관련 회로가 제1 셀 특성 검출 회로를 포함하는 제1 회로 기판과는 별개의 제2 회로 기판에 실장된다. 그로 인해, 제2 회로 기판에 의해 다수의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 설치할 수 있다.
(4) 배터리 시스템은, 소정의 파라미터를 검출하는 검출부를 더 구비하고, 제어 관련 회로는, 검출부에 있어서 검출되는 파라미터에 기초하여 복수의 배터리 모듈의 제어를 위하여 사용되는 정보를 검출하는 검출 기능을 갖고, 주 회로 기판의 제어 관련 회로는, 부 회로 기판보다도 검출부에 가까운 위치에 배치되어도 된다.
이 경우, 검출부에 있어서 검출되는 파라미터에 기초하여 제어 관련 회로에 의해 복수의 배터리 모듈의 제어를 위하여 사용되는 정보가 검출된다. 또한, 제어 관련 회로는, 검출부에 보다 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로와 검출부를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다.
(5) 배터리 시스템은, 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 제어 대상을 더 구비하고, 제어 관련 회로는 제어 대상의 동작을 제어하는 제어 기능을 갖고, 주 회로 기판의 제어 관련 회로는, 부 회로 기판보다도 제어 대상에 가까운 위치에 배치되어도 된다.
이 경우, 제어 관련 회로에 의해 제어 대상의 동작이 제어된다. 또한, 제어 관련 회로는 제어 대상에 보다 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로와 제어 대상을 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다.
(6) 주 회로 기판은, 적어도 하나의 배터리 모듈의 각 배터리 셀을 방전시키는 제1 방전 회로를 더 포함하고, 부 회로 기판은, 다른 배터리 모듈의 각 배터리 셀을 방전시키는 제2 방전 회로를 더 포함해도 된다.
이 경우, 제1 방전 회로 및 제2 방전 회로가 주 회로 기판 및 부 회로 기판에 각각 분산되어 설치된다. 이에 의해, 복수의 배터리 모듈의 각 배터리 셀을 방전시킬 때 발생하는 열을 효율적으로 방산시킬 수 있다. 그 결과, 제1 및 제2 셀 특성 검출 회로 및 제어 관련 회로의 열화를 방지할 수 있다.
(7) 본 발명의 다른 국면에 따르는 전동 차량은, 본 발명의 일 국면에 따르는 배터리 시스템과, 배터리 시스템의 복수의 배터리 모듈로부터의 전력에 의해 구동되는 모터와, 모터의 회전력에 의해 회전하는 구동륜을 구비하는 것이다.
본 발명의 다른 국면에 따르는 전동 차량에 있어서는, 배터리 모듈로부터의 전력에 의해 모터가 구동된다. 그 모터의 회전력에 의해 구동륜이 회전함으로써, 전동 차량이 이동한다.
이 전동 차량에는, 본 발명의 일 국면에 따르는 배터리 시스템이 사용되므로, 전동 차량에 있어서의 배선을 단순화함과 함께, 전동 차량을 소형화하는 것이 가능해진다.
(8) 본 발명의 또 다른 국면에 따르는 배터리 모듈은, 외부 장치와 통신 가능한 배터리 모듈이며, 적층된 복수의 배터리 셀에 의해 구성되는 배터리 블록과, 복수의 배터리 셀의 상태를 검출함과 함께 외부 장치와의 통신을 행하기 위한 회로가 실장된 제1 회로 기판 및 제2 회로 기판을 구비하고, 배터리 블록은, 복수의 배터리 셀의 적층 방향(X 방향)에 교차하는 제1 면을 갖고, 제1 회로 기판은 배터리 블록의 제1 면 상에 설치되고, 제2 회로 기판은 배터리 블록의 제1 면과 다른 면 상에 설치되는 것이다.
이 경우, 제1 회로 기판이 복수의 배터리 셀의 적층 방향에 교차하는 제1 면에 설치되고, 제2 회로 기판이 배터리 블록의 제1 면과 다른 면에 설치된다. 이에 의해, 배터리 셀의 적층 방향과 다른 방향에 있어서의 배터리 모듈의 대형화가 억제된다. 따라서, 복수의 회로 기판이 설치되는 것에 의한 설치 공간의 제한이 완화된다.
(9) 제2 회로 기판은, 제1 회로 기판에 적층되도록 제1 면과 평행한 제2 면 상에 설치되어도 된다.
이 경우, 배터리 셀의 적층 방향과 다른 방향(예를 들어, Y 방향 및 Z 방향)에 있어서의 배터리 모듈의 크기의 증가가 충분히 억제된다. 이에 의해, 배터리 셀의 적층 방향과 다른 방향에 있어서 배터리 모듈의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 용이하게 배터리 모듈을 설치할 수 있다.
(10) 배터리 블록은, 복수의 배터리 셀을 통하여 제1 면에 대향하는 제3 면을 갖고, 제2 회로 기판은 배터리 블록의 제3 면에 설치되어도 된다.
이 경우, 배터리 셀의 적층 방향과 다른 방향(예를 들어, Y 방향 및 Z 방향)에 있어서의 배터리 모듈의 크기의 증가가 충분히 억제된다. 이에 의해, 배터리 셀의 적층 방향과 다른 방향에 있어서 배터리 모듈의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 용이하게 배터리 모듈을 설치할 수 있다.
(11) 배터리 블록은, 제1 면에 교차하는 방향(X 방향)에 따른 제4 면을 갖고, 제2 회로 기판은 배터리 블록의 제4 면에 설치되어도 된다.
이 경우, 제1 면 및 제4 면에 따르는 방향(예를 들어, Y 방향)에 있어서의 배터리 모듈의 크기의 증가가 억제된다. 이에 의해, 제1 면 및 제4 면에 따르는 방향에 있어서 배터리 모듈의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 용이하게 배터리 모듈을 설치할 수 있다.
또한, 제1 회로 기판이 제1 면에 설치되고, 제2 회로 기판이 배터리 블록의 제1 면과 다른 제4 면에 설치되므로, 제1 면에 교차하는 방향(예를 들어, X 방향) 및 제4 면에 교차하는 방향(예를 들어, Z 방향)에 있어서의 배터리 모듈의 크기의 증가를 최소한으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 제1 면에 교차하는 방향 및 제4 면에 교차하는 방향에 있어서 배터리 모듈의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 배터리 모듈을 설치할 수 있다.
(12) 회로는, 복수의 배터리 셀의 상태를 검출하는 검출부 및 외부 장치와의 통신을 행하는 통신부를 포함하고, 제1 회로 기판은 검출부 및 통신부의 한쪽을 포함하고, 제2 회로 기판은 검출부 및 통신부의 다른 쪽을 포함해도 된다.
이 경우, 검출부 및 통신부가 서로 별개의 회로 기판 상에 설치되므로, 복수의 배터리 셀의 수를 증가시키는 경우에 한쪽의 회로 기판을 교환함으로써 복수의 배터리 셀의 전압을 검출하는 것이 가능하다.
(13) 본 발명의 또 다른 국면에 따르는 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈을 구비하고, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나는, 상기한 발명에 관한 배터리 모듈인 것이다.
이 배터리 시스템에 있어서는, 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나가 상기의 발명에 관한 배터리 모듈이다. 이에 의해, 적어도 하나의 배터리 모듈에 복수의 회로 기판이 설치되는 것에 의한 설치 공간의 제한이 완화된다. 그 결과, 배터리 시스템의 설계의 자유도가 향상된다.
(14) 본 발명의 또 다른 국면에 따르는 전동 차량은, 상기한 발명에 관한 배터리 시스템과, 배터리 시스템이 구비하는 복수의 배터리 모듈로부터의 전력에 의해 구동되는 모터와, 모터의 회전력에 의해 회전하는 구동륜을 구비하는 것이다.
이 전동 차량에 있어서는, 복수의 배터리 모듈로부터의 전력에 의해 모터가 구동된다. 그 모터의 회전력에 의해 구동륜이 회전함으로써, 전동 차량이 이동한다.
이 전동 차량에는, 상기 발명에 관한 배터리 시스템이 사용되므로, 전동 차량의 설계의 자유도가 향상된다.
본 발명에 따르면, 배터리 시스템의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 소형화할 수 있다. 또한, 복수의 회로 기판이 설치되는 것에 의한 배터리 모듈의 설치 공간의 제한이 완화된다.
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는, 도 1의 부 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은, 도 1의 주 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 4는, 배터리 모듈의 외관 사시도.
도 5는, 배터리 모듈의 평면도.
도 6은, 배터리 모듈의 단면도.
도 7은, 버스 바의 외관 사시도.
도 8은, FPC 기판에 복수의 버스 바 및 복수의 PTC 소자가 설치된 상태를 도시하는 외관 사시도.
도 9는, 버스 바와 전압 검출 회로의 접속에 대하여 설명하기 위한 모식적 평면도.
도 10은, 전압 전류 버스 바 및 FPC 기판을 도시하는 확대 평면도.
도 11은, 부 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 12는, 주 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 13은, 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 14는, 제2 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 15는, 제2 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 16은, 제2 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 17은, 제3 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 18은, 제3 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 19는, 제3 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 20은, 제4 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 21은, 제4 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 22는, 제4 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 23은, 제5 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 24는, 제5 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 25는, 제5 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 26은, 제6 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 27은, 제6 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 28은, 제6 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 29는, 제7 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 30은, 제8 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 31은, 제9 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 32는, 제10 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 단부의 외관 사시도.
도 33은, 제11 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈의 평면도.
도 34는, 제12 실시 형태에 관한 배터리 모듈의 외관 사시도.
도 35는, 도 34의 배터리 모듈의 평면도.
도 36은, 도 34의 배터리 모듈의 단면도.
도 37은, 도 35의 A-A선에 있어서의 종단면도.
도 38은, 제1 및 제2 프린트 회로 기판의 설치 구조를 도시하는 도면.
도 39는, 제1 및 제2 프린트 회로 기판의 모식적 평면도.
도 40은, 버스 바와 제1 프린트 회로 기판의 접속에 대하여 설명하기 위한 모식적 평면도.
도 41은, 전압 전류 버스 바 및 FPC 기판을 나타내는 확대 평면도.
도 42는, 도 34의 배터리 모듈을 사용한 배터리 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 43은, 제1 및 제2 프린트 회로 기판의 구성의 상세를 설명하기 위한 블록도.
도 44는, 제12 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 제1 배치예를 도시하는 모식적 평면도.
도 45는, 제12 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 제2 배치예를 도시하는 모식적 평면도.
도 46은, 제12 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 제3 배치예를 도시하는 모식적 평면도.
도 47은, 제13 실시 형태에 관한 배터리 모듈의 평면도.
도 48은, 제13 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 배치예를 도시하는 모식적 평면도.
도 49는, 제14 실시 형태에 관한 배터리 모듈의 외관 사시도.
도 50은, 도 49의 제1 프린트 회로 기판의 설치 구조를 도시하는 도면,
도 51은, 제14 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 배치예를 도시하는 모식적 평면도.
도 52는, 배터리 시스템을 구비하는 전동 자동차의 구성을 도시하는 블록도.
[1] 제1 실시 형태
이하, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템은, 전력을 구동원으로 하는 전동 차량(예를 들어 전동 자동차)에 탑재된다.
(1) 배터리 시스템의 구성
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 배터리 시스템(500)은 복수의 배터리 모듈(100M, 100) 및 콘택터(102)를 포함한다. 본 실시 형태에서는, 배터리 시스템(500)은 1개의 배터리 모듈(100M) 및 3개의 배터리 모듈(100)을 포함한다.
배터리 시스템(500)의 복수의 배터리 모듈(100M, 100)은, 전원선(501)을 통하여 서로 접속되어 있다. 각 배터리 모듈(100M, 100)은, 복수(본 예에서는 18개)의 배터리 셀(10) 및 복수(본 예에서는 5개)의 서미스터(11)를 갖는다.
배터리 모듈(100M)은, 리지드 프린트 회로 기판으로 이루어지는 주 회로 기판(21)을 갖는다. 배터리 모듈(100)은, 리지드 프린트 회로 기판으로 이루어지는 부 회로 기판(21a)을 갖는다.
부 회로 기판(21a)에는, 각 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출하는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 또한, 주 회로 기판(21)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 복수의 배터리 모듈(100M, 100)의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로(2)가 실장된다.
각 배터리 모듈(100M, 100)에 있어서, 복수의 배터리 셀(10)은 서로 인접하도록 일체적으로 배치되고, 복수의 버스 바(40)에 의해 직렬 접속되어 있다. 각 배터리 셀(10)은, 예를 들어 리튬 이온 전지 또는 니켈 수소 전지 등의 이차 전지이다.
양단부에 배치되는 배터리 셀(10)은, 버스 바(40a)를 통하여 전원선(501)에 접속되어 있다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)에 있어서는, 복수의 배터리 모듈(100M, 100)의 모든 배터리 셀(10)이 직렬 접속되어 있다. 배터리 시스템(500)으로부터 인출되는 전원선(501)은, 전압 단자(V1, V2)를 통하여 전동 차량의 모터 등의 부하에 접속된다. 배터리 모듈(100M, 100)의 상세한 것은 후술한다.
제어 관련 회로(2)는 버스(104)를 통하여 전동 차량의 주 제어부(300)에 접속된다. 또한, 일단부의 배터리 모듈(100M)에 접속된 전원선(501)에는, 콘택터(102)가 개재 삽입되어 있다. 콘택터(102)는 버스(104)를 통하여 주 제어부(300)에 접속되어 있다.
도 2는, 도 1의 부 회로 기판(21a)의 구성을 나타내는 블록도이다. 부 회로 기판(21a)에는, 전압 검출 회로(20), 통신 회로(24), 절연 소자(25), 복수의 저항(R) 및 복수의 스위칭 소자(SW)를 포함한다. 또한, 전압 검출 회로(20)는 멀티플렉서(20a), A/D(아날로그/디지털) 변환기(20b) 및 복수의 차동 증폭기(20c)를 포함한다.
전압 검출 회로(20)는, 예를 들어 ASIC(Application Specific Integrated Circuit: 특정 용도용 집적 회로)로 이루어지고, 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)은 전압 검출 회로(20)의 전원으로서 사용된다. 전압 검출 회로(20)의 각 차동 증폭기(20c)는 2개의 입력 단자 및 출력 단자를 갖는다. 각 차동 증폭기(20c)는 2개의 입력 단자에 입력된 전압을 차동 증폭하고, 증폭된 전압을 출력 단자로부터 출력한다.
각 차동 증폭기(20c)의 2개의 입력 단자는, 도체선(52) 및 PTC(Positive Temperature Coefficient: 정 온도 계수) 소자(60)를 통하여 이웃하는 2개의 버스 바(40, 40a)에 전기적으로 접속된다.
여기서, PTC 소자(60)는 온도가 어느 값을 초과하면 저항값이 급격하게 증가하는 저항 온도 특성을 갖는다. 그로 인해, 전압 검출 회로(20) 및 도체선(52) 등에서 단락이 발생한 경우에, 그 단락 경로를 흐르는 전류에 의해 PTC 소자(60)의 온도가 상승하면, PTC 소자(60)의 저항값이 커진다. 이에 의해, PTC 소자(60)를 포함하는 단락 경로에 대전류가 흐르는 것이 억제된다.
통신 회로(24)는, 예를 들어 CPU(중앙 연산 처리 장치), 메모리 및 인터페이스 회로를 포함하고, 통신 기능을 가짐과 함께 연산 기능을 갖는다. 통신 회로(24)에는, 도시하지 않은 직류-직류(DC-DC) 컨버터 및 전원선(502)을 통하여 전동 차량의 비동력용 배터리(12)가 접속된다. 비동력용 배터리(12)는 통신 회로(24)의 전원으로서 사용된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 비동력용 배터리(12)는 납 축전지이다. 비동력용 배터리(12)는 전동 차량의 주행용 구동원으로서는 사용되지 않는다.
이웃하는 각 2개의 버스 바(40, 40a) 사이에는, 저항(R) 및 스위칭 소자(SW)의 직렬 회로가 접속된다. 스위칭 소자(SW)의 온 및 오프는, 통신 회로(24)를 통하여 도 1의 주 제어부(300)에 의해 제어된다. 또한, 통상 상태에서는, 스위칭 소자(SW)는 오프로 되어 있다.
전압 검출 회로(20)와 통신 회로(24)가, 절연 소자(25)에 의해 서로 전기적으로 절연되면서 통신 가능하게 접속된다. 이웃하는 2개의 버스 바(40, 40a)의 전압이 각 차동 증폭기(20c)에 의해 차동 증폭된다. 각 차동 증폭기(20c)의 출력 전압은 각 배터리 셀(10)의 단자 전압에 상당한다. 복수의 차동 증폭기(20c)로부터 출력되는 단자 전압은 멀티플렉서(20a)에 제공된다. 멀티플렉서(20a)는, 복수의 차동 증폭기(20c)로부터 제공되는 단자 전압을 순차 A/D 변환기(20b)에 출력한다. A/D 변환기(20b)는 멀티플렉서(20a)로부터 출력되는 단자 전압을 디지털값으로 변환하고, 절연 소자(25)를 통하여 통신 회로(24)에 제공한다.
또한, 통신 회로(24)는 도 1의 복수의 서미스터(11)에 접속된다. 이에 의해, 통신 회로(24)는 서미스터(11)의 출력 신호에 기초하여 배터리 모듈(100)의 온도를 취득한다.
도 3은, 도 1의 주 회로 기판(21)의 구성을 도시하는 블록도이다. 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)과 상이한 것은 이하의 점이다.
주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는 전류 검출 회로(210), 절연 소자(25b) 및 CAN(Controller Area Network) 통신 회로(203)를 포함한다. 전류 검출 회로(210)는 증폭 회로(201) 및 A/D 변환기(202)를 포함한다.
전류 검출 회로(210)의 증폭 회로(201)는, 배터리 모듈(100M)의 1개의 버스 바(40)[후술하는 전압 전류 버스 바(40y)]로부터 얻어지는 2개의 위치간의 전압을 증폭한다. A/D 변환기(202)는 증폭 회로(201)의 출력 전압을 디지털값으로 변환하고, 절연 소자(25b)를 통하여 CAN 통신 회로(203)에 부여한다.
CAN 통신 회로(203)는 CPU, 메모리 및 인터페이스 회로를 포함하고, CAN 통신 기능을 가짐과 함께 연산 기능을 갖는다. CAN 통신 회로(203)에는, 도시하지 않은 DC-DC 컨버터를 통하여 전동 차량의 비동력용 배터리(12)가 접속된다. 비동력용 배터리(12)는, CAN 통신 회로(203)의 전원으로서 사용된다.
CAN 통신 회로(203)는, A/D 변환기(202)로부터 제공되는 디지털값 및 버스 바(40a)의 2개의 위치간의 저항에 기초하여 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 산출한다. 이 전류의 산출의 상세한 것은 후술한다.
셀 특성 검출 회로(1)의 통신 회로(24)와 제어 관련 회로(2)의 CAN 통신 회로(203)는 서로 통신 가능하게 접속된다.
본 실시 형태에 있어서, 제어 관련 회로(2)는, 배터리 모듈(100M, 100)의 제어에 관련된 기능으로서, 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 기능, 및 CAN 통신을 행하는 통신 기능을 갖는다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 부 회로 기판(21a)의 통신 회로(24) 및 주 회로 기판(21)의 통신 회로(24)는 하네스(560)를 통하여 접속된다. 이에 의해, 각 배터리 모듈(100M, 100)의 통신 회로(24)는 다른 배터리 모듈(100M, 100)의 통신 회로(24)와 통신을 행할 수 있다.
각 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)는, 각 배터리 셀(10)의 단자 전압 및 배터리 모듈(100)의 온도를 배터리 모듈(100M)의 통신 회로(24)에 제공한다. 배터리 모듈(100M)의 통신 회로(24)는 복수의 배터리 모듈(100M, 100)의 셀 특성을 CAN 통신 회로(203)에 제공한다. CAN 통신 회로(203)는 복수의 배터리 모듈(100M, 100)의 셀 특성 및 전류 검출 회로(210)로부터 제공되는 전류의 값을 CAN 통신에 의해 도 1의 버스(104)를 통하여 주 제어부(300)에 제공한다.
이하, 이들 단자 전압, 온도 및 전류를 셀 정보라 부른다.
또한, CAN 통신 회로(203)는, 셀 정보에 기초하여 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출하고, 그 충전량에 기초하여 각 배터리 모듈(100M, 100)의 충방전 제어를 행한다.
주 제어부(300)는 셀 정보에 기초하여 각 배터리 모듈(100M, 100)의 이상을 검출한다. 배터리 모듈(100M, 100)의 이상이라 함은, 예를 들어, 배터리 셀(10)의 과방전, 과충전 또는 온도 이상 등이다.
주 제어부(300)는, 배터리 모듈(100M, 100)의 이상을 검출한 경우, 콘택터(102)를 오프한다. 이에 의해, 이상시에는, 각 배터리 모듈(100M, 100)에 전류가 흐르지 않으므로, 배터리 모듈(100M, 100)의 이상 발열이 방지된다.
주 제어부(300)는 각 배터리 모듈(100M, 100)의 충전량에 기초하여 전동 차량의 동력(예를 들어 모터의 회전 속도)을 제어한다. 또한, 각 배터리 모듈(100M, 100)의 충전량이 적어지면, 주 제어부(300)는, 전원선(501)에 접속된 도시하지 않은 발전 장치를 제어하여 각 배터리 모듈(100M, 100)을 충전한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 발전 장치는 예를 들어 상기한 전원선(501)에 접속된 모터이다. 이 경우, 모터는, 전동 차량의 가속시에 배터리 시스템(500)으로부터 공급된 전력을, 도시하지 않은 구동륜을 구동하기 위한 동력으로 변환한다. 또한, 모터는, 전동 차량의 감속시에 회생 전력을 발생한다. 이 회생 전력에 의해 각 배터리 모듈(100M, 100)이 충전된다.
(2) 배터리 모듈의 상세
배터리 모듈(100M, 100)의 상세에 대하여 설명한다. 도 4는 배터리 모듈(100M)의 외관 사시도이며, 도 5는 배터리 모듈(100M)의 평면도이며, 도 6은 배터리 모듈(100M)의 단면도이다. 또한, 다른 배터리 모듈(100)에 대해서는, 주 회로 기판(21) 대신에 부 회로 기판(21a)이 설치되어 있는 점, 및 전압 전류 버스 바(40y) 대신에 버스 바(40)가 설치되어 있는 점을 제외하고, 배터리 모듈(100M)과 마찬가지이다.
또한, 도 4 내지 도 6 및 후술하는 도 8 내지 도 10에 있어서는, 화살표 X, Y, Z로 나타낸 바와 같이, 서로 직교하는 3 방향을 X 방향, Y 방향 및 Z 방향이라고 정의한다. 또한, 본 예에서는, X 방향 및 Y 방향이 수평면에 평행한 방향이며, Z 방향이 수평면에 직교하는 방향이다. 또한, 상방향은 화살표 Z가 향하는 방향이다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(100M)에 있어서는, 편평한 대략 직육면체 형상을 갖는 복수의 배터리 셀(10)이 X 방향으로 배열되도록 배치된다. 이 상태에서, 복수의 배터리 셀(10)은, 한 쌍의 단부면 프레임(92), 한 쌍의 상단부 프레임(93) 및 한 쌍의 하단부 프레임(94)에 의해 일체적으로 고정된다.
한 쌍의 단부면 프레임(92)은 대략 판 형상을 갖고, YZ 평면에 평행하게 배치된다. 한 쌍의 상단부 프레임(93) 및 한 쌍의 하단부 프레임(94)은, X 방향으로 연장되도록 배치된다.
한 쌍의 단부면 프레임(92)의 네 코너에는, 한 쌍의 상단부 프레임(93) 및 한 쌍의 하단부 프레임(94)을 접속하기 위한 접속부가 형성된다. 한 쌍의 단부면 프레임(92) 사이에 복수의 배터리 셀(10)이 배치된 상태에서, 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 상측 접속부에 한 쌍의 상단부 프레임(93)이 설치되고, 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 하측 접속부에 한 쌍의 하단부 프레임(94)이 설치된다. 이에 의해, 복수의 배터리 셀(10)이, X 방향으로 배열되도록 배치된 상태에서 일체적으로 고정된다.
배터리 모듈(100M)은, X 방향에 있어서의 양단부의 단부면으로서 한 쌍의 단부면 프레임(92)에 각각 단부면(E1, E2)을 갖는다. 또한, 배터리 모듈(100M)은 Y 방향에 따른 측면(E3, E4)을 갖는다.
한쪽의 단부면 프레임(92)의 단부면(E1)에는 주 회로 기판(21)이 설치된다.
여기서, 복수의 배터리 셀(10)은, Y 방향을 따라 배열되도록 상면 부분에 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)을 갖는다. 각 전극(10a, 10b)은, 상방을 향하여 돌출되도록 경사지게 설치된다(도 6 참조).
이하의 설명에 있어서는, 주 회로 기판(21)이 설치되지 않는 단부면 프레임(92)에 인접하는 배터리 셀(10)로부터 주 회로 기판(21)이 설치되는 단부면 프레임(92)에 인접하는 배터리 셀(10)까지를 1번째 내지 18번째의 배터리 셀(10)이라고 부른다.
도 5에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(100M)에 있어서, 각 배터리 셀(10)은, 인접하는 배터리 셀(10) 사이에서 Y 방향에 있어서의 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)의 위치 관계가 서로 반대가 되도록 배치된다.
그에 의해, 인접하는 2개의 배터리 셀(10) 사이에서는, 한쪽의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 다른 쪽 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)이 근접하고, 한쪽의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)과 다른 쪽 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)이 근접한다. 이 상태에서, 근접하는 2개의 전극에 버스 바(40)가 설치된다. 이에 의해, 복수의 배터리 셀(10)이 직렬 접속된다.
구체적으로는, 1번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 2번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)에 공통의 버스 바(40)가 설치된다. 또한, 2번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 3번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)에 공통의 버스 바(40)가 설치된다. 마찬가지로 하여, 각 홀수번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 그에 인접하는 짝수번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)에 공통의 버스 바(40)가 설치된다. 각 짝수번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 그에 인접하는 홀수번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)에 공통의 버스 바(40)가 설치된다.
또한, 1번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b) 및 18번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)에는, 외부로부터 전원선(501)(도 1 참조)을 접속하기 위한 버스 바(40a)가 각각 설치된다.
Y 방향에 있어서의 복수의 배터리 셀(10)의 일단부측에는, X 방향으로 연장되는 긴 형상의 플렉시블 프린트 회로 기판(이하, FPC 기판이라 함)(50)이 복수의 버스 바(40)에 공통되게 접속된다. 마찬가지로, Y 방향에 있어서의 복수의 배터리 셀(10)의 타단부측에는, X 방향으로 연장되는 긴 형상의 FPC 기판(50)이 복수의 버스 바(40, 40a)에 공통되어 접속된다.
FPC 기판(50)은, 주로 절연층 상에 복수의 도체선(51, 52)(후술하는 도 9 참조)이 형성된 구성을 갖고, 굴곡성 및 가요성을 갖는다. FPC 기판(50)을 구성하는 절연층의 재료로서는 예를 들어 폴리이미드가 사용되고, 도체선(51, 52)(후술하는 도 9 참조)의 재료로서는 예를 들어 구리가 사용된다. FPC 기판(50) 상에 있어서, 각 버스 바(40, 40a)에 근접하도록 각 PTC 소자(60)가 배치된다.
각 FPC 기판(50)은, 단부면 프레임(92)[주 회로 기판(21)이 설치되는 단부면 프레임(92)]의 상단부 부분에서 내측을 향하여 직각으로 되접히고, 다시 하방을 향하여 되접혀, 주 회로 기판(21)에 접속된다.
(3) 버스 바 및 FPC 기판의 구조
다음에, 버스 바(40, 40a) 및 FPC 기판(50)의 구조의 상세를 설명한다. 이하, 인접하는 2개의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 마이너스 전극(10b)을 접속하기 위한 버스 바(40)를 2 전극용 버스 바(40)라고 부르고, 1개의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a) 또는 마이너스 전극(10b)과 전원선(501)을 접속하기 위한 버스 바(40a)를 1 전극용 버스 바(40a)라고 부른다.
도 7의 (a)는 2 전극용 버스 바(40)의 외관 사시도이며, 도 7의 (b)는 1 전극용 버스 바(40a)의 외관 사시도이다.
도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 2 전극용 버스 바(40)는, 대략 직사각 형상을 갖는 베이스부(41) 및 그 베이스부(41)의 한 변으로부터 그 일면측으로 굴곡되어 연장되는 한 쌍의 설치편(42)을 구비한다. 베이스부(41)에는, 한 쌍의 전극 접속 구멍(43)이 형성된다.
도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 1 전극용 버스 바(40a)는, 대략 정사각 형상을 갖는 베이스부(45) 및 그 베이스부(45)의 한 변으로부터 그 일면측으로 굴곡되어 연장되는 설치편(46)을 구비한다. 베이스부(45)에는, 전극 접속 구멍(47)이 형성된다.
본 실시 형태에 있어서, 버스 바(40, 40a)는, 예를 들어 터프 피치 동의 표면에 니켈 도금이 실시된 구성을 갖는다.
도 8은, FPC 기판(50)에 복수의 버스 바(40, 40a), 전압 전류 버스 바(40y) 및 복수의 PTC 소자(60)가 설치된 상태를 도시하는 외관 사시도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 2매의 FPC 기판(50)에는, X 방향을 따라 소정의 간격으로 복수의 버스 바(40)의 설치편(42), 전압 전류 버스 바(40y)의 설치편(42) 및 버스 바(40a)의 설치편(46)이 설치된다. 또한, 복수의 PTC 소자(60)는, 복수의 버스 바(40, 40a) 및 전압 전류 버스 바(40y)의 간격과 같은 간격으로 2매의 FPC 기판(50)에 각각 설치된다.
배터리 모듈(100M, 100)을 제작할 때에는, 단부면 프레임(92)(도 4 참조), 상단부 프레임(93)(도 4 참조) 및 하단부 프레임(94)(도 4 참조)에 의해 일체적으로 고정된 복수의 배터리 셀(10) 상에, 상기와 같이 복수의 버스 바(40, 40a), 전압 전류 버스 바(40y) 및 복수의 PTC 소자(60)가 설치된 2매의 FPC 기판(50)이 설치된다.
이 설치시에 있어서는, 인접하는 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)이 각 버스 바(40, 40a) 및 전압 전류 버스 바(40y)에 형성된 전극 접속 구멍(43, 47)에 끼워 넣어진다. 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)에는 수형 나사가 형성된다. 각 버스 바(40, 40a) 및 전압 전류 버스 바(40y)가 인접하는 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)에 끼워 넣어진 상태에서 도시하지 않은 너트가 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)의 수형 나사에 나사 결합된다.
이와 같이 하여, 복수의 배터리 셀(10)에 복수의 버스 바(40, 40a) 및 전압 전류 버스 바(40y)가 설치됨과 함께, 복수의 버스 바(40, 40a) 및 전압 전류 버스 바(40y)에 의해 FPC 기판(50)이 대략 수평 자세로 유지된다.
(4) 버스 바와 전압 검출 회로의 접속
다음에, 버스 바(40, 40a)와 전압 검출 회로(20)의 접속에 대하여 설명한다. 도 9는, 버스 바(40, 40a)와 전압 검출 회로(20)의 접속에 대하여 설명하기 위한 모식적 평면도이다. 본 예에서는, 배터리 모듈(100M)에 있어서의 버스 바(40, 40a)와 주 회로 기판(21)의 전압 검출 회로(20)와의 접속에 대하여 설명한다.
도 9에 도시한 바와 같이, FPC 기판(50)에는 복수의 버스 바(40, 40a)의 각각에 대응하도록 복수의 도체선(51, 52)이 설치된다. 각 도체선(51)은, 버스 바(40, 40a)의 설치편(42, 46)과 그 버스 바(40)의 근방에 배치된 PTC 소자(60)와의 사이에서 Y 방향에 평행하게 연장되도록 설치되고, 각 도체선(52)은, PTC 소자(60)와 FPC 기판(50)의 일단부와의 사이에서 X 방향에 평행하게 연장되도록 설치된다.
각 도체선(51)의 일단부는, FPC 기판(50)의 하면측에 노출되도록 설치된다. 하면측에 노출되는 각 도체선(51)의 일단부가, 예를 들어 납땜 또는 용접에 의해 각 버스 바(40, 40a)의 설치편(42, 46)에 전기적으로 접속된다. 그에 의해, FPC 기판(50)이 각 버스 바(40, 40a)에 고정된다.
각 도체선(51)의 타단부 및 각 도체선(52)의 일단부는, FPC 기판(50)의 상면측에 노출되도록 설치된다. PTC 소자(60)의 한 쌍의 단자(도시하지 않음)가, 예를 들어 납땜에 의해 각 도체선(51)의 타단부 및 각 도체선(52)의 일단부에 접속된다.
각 PTC 소자(60)는, X 방향에 있어서, 대응하는 버스 바(40, 40a)의 양단부 사이의 영역에 배치되는 것이 바람직하다. FPC 기판(50)에 응력이 가해진 경우, 인접하는 버스 바(40, 40a) 사이에 있어서의 FPC 기판(50)의 영역은 휘기 쉽지만, 각 버스 바(40, 40a)의 양단부간에 있어서의 FPC 기판(50)의 영역은 버스 바(40, 40a)에 고정되어 있으므로, 비교적 평탄하게 유지된다. 그로 인해, 각 PTC 소자(60)가 각 버스 바(40, 40a)의 양단부간에 있어서의 FPC 기판(50)의 영역 내에 배치됨으로써, PTC 소자(60)와 도체선(51, 52)의 접속성이 충분히 확보된다. 또한, FPC 기판(50)의 휨에 의한 각 PTC 소자(60)에의 영향[예를 들어, PTC 소자(60)의 저항값의 변화]이 억제된다.
주 회로 기판(21)에는, FPC 기판(50)의 복수의 도체선(52)에 대응한 복수의 접속 단자(22)가 설치된다. 접속 단자(22)는 전압 검출 회로(20)와 전기적으로 접속되어 있다. FPC 기판(50)의 각 도체선(52)의 타단부는, 예를 들어 납땜 또는 용접에 의해 대응하는 접속 단자(22)에 접속된다. 또한, 주 회로 기판(21)과 FPC 기판(50)의 접속은, 납땜 또는 용접에 한하지 않고 커넥터를 사용하여 행해져도 된다.
이와 같이 하여, 각 버스 바(40, 40a)가 PTC 소자(60)를 통하여 전압 검출 회로(20)에 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 각 배터리 셀(10)의 단자 전압이 검출된다.
또한, 배터리 모듈(100)의 부 회로 기판(21a)과 FPC 기판(50)의 접속에 있어서는, 이하에 나타내는 전압 전류 버스 바(40y)와 전압 검출 회로(20)의 접속을 갖지 않는 점을 제외하고, 도 9의 주 회로 기판(21)과 FPC 기판(50)의 접속과 마찬가지이다.
도 10은, 배터리 모듈(100M)에 있어서의 전압 전류 버스 바(40y) 및 FPC 기판(50)을 나타내는 확대 평면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(100M)(도 3 참조)에 있어서, 주 회로 기판(21)은 제어 관련 회로(2)를 포함한다. 또한, 제어 관련 회로(2)는 전류 검출 회로(210)를 포함하고, 전류 검출 회로(210)는 증폭 회로(201) 및 A/D 변환기(202)를 포함한다.
전압 전류 버스 바(40y)의 베이스부(41) 상에는, 한 쌍의 땜납 패턴(H1, H2)이 일정 간격으로 서로 평행하게 형성되어 있다. 땜납 패턴(H1)은 2개의 전극 접속 구멍(43) 사이에서 한쪽의 전극 접속 구멍(43)의 근방에 배치되고, 땜납 패턴(H2)은 전극 접속 구멍(43) 사이에서 다른 쪽 전극 접속 구멍(43)의 근방에 배치된다. 전압 전류 버스 바(40y)에 있어서의 땜납 패턴(H1, H2) 사이에 형성되는 저항을 전류 검출용 션트 저항(RS)이라고 부른다.
전압 전류 버스 바(40y)의 땜납 패턴(H1)은, 도체선(51, 52) 및 접속 단자(22)를 통하여 전류 검출 회로(210)의 증폭 회로(201)의 한쪽의 입력 단자에 접속된다. 마찬가지로, 전압 전류 버스 바(40y)의 땜납 패턴(H2)은, 도체선(51), PTC 소자(60), 도체선(52) 및 접속 단자(22)를 통하여 증폭 회로(201)의 다른 쪽 입력 단자에 접속된다.
본 실시 형태에 있어서, CAN 통신 회로(203)가 구비하는 메모리에는, 미리 전압 전류 버스 바(40y)에 있어서의 땜납 패턴(H1, H2) 사이의 션트 저항(RS)의 값이 기억되어 있다. CAN 통신 회로(203)의 CPU는, A/D 변환기(202)로부터 출력되는 디지털값에 기초하여 땜납 패턴(H1, H2) 사이의 전압을 검출한다.
또한, CAN 통신 회로(203)는, 땜납 패턴(H1, H2) 사이의 전압을 메모리에 기억된 션트 저항(RS)의 값으로 제산함으로써 전압 전류 버스 바(40y)에 흐르는 전류의 값을 산출한다. 이와 같이 하여, 복수의 배터리 셀(10)(도 1 참조)에 흐르는 전류의 값이 검출된다.
(5) 프린트 회로 기판의 일 구성예
다음에, 부 회로 기판(21a)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 도 11은, 부 회로 기판(21a)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 부 회로 기판(21a)은 대략 직사각 형상을 갖고, 일면 및 다른 면을 갖는다. 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)는, 각각 부 회로 기판(21a)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 부 회로 기판(21a)의 일면 상에는, 전압 검출 회로(20), 통신 회로(24) 및 절연 소자(25)가 실장된다. 또한, 부 회로 기판(21a)의 일면 상에는, 접속 단자(22) 및 커넥터(23)가 형성된다. 또한, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 부 회로 기판(21a)의 다른 면에는, 복수의 저항(R) 및 복수의 스위칭 소자(SW)가 실장된다.
또한, 부 회로 기판(21a)의 다른 면의 복수의 저항(R)은, 전압 검출 회로(20)에 대응하는 위치보다도 상방의 위치에 배치된다. 이에 의해, 저항(R)으로부터 발생하는 열을 효율적으로 방산시킬 수 있다. 또한, 저항(R)으로부터 발생하는 열이 전압 검출 회로(20)에 전도하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 전압 검출 회로(20)의 열에 의한 오동작 및 열화를 방지할 수 있다.
부 회로 기판(21a)은, 제1 실장 영역(10G), 제2 실장 영역(12G) 및 띠 형상의 절연 영역(26)을 갖는다.
제2 실장 영역(12G)은, 부 회로 기판(21a)의 하나의 코너부에 형성된다. 절연 영역(26)은, 제2 실장 영역(12G)을 따라 연장되도록 형성된다. 제1 실장 영역(10G)은, 부 회로 기판(21a)의 나머지 부분에 형성된다. 제1 실장 영역(10G)과 제2 실장 영역(12G)은 절연 영역(26)에 의해 서로 분리된다. 그에 의해, 제1 실장 영역(10G)과 제2 실장 영역(12G)은 절연 영역(26)에 의해 전기적으로 절연된다.
제1 실장 영역(10G)에는, 전압 검출 회로(20)가 실장됨과 함께 접속 단자(22)가 형성되고, 전압 검출 회로(20)와 접속 단자(22)는 부 회로 기판(21a) 상에서 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 전압 검출 회로(20)의 전원으로서, 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)(도 1 참조)이 전압 검출 회로(20)에 접속된다. 전압 검출 회로(20)의 실장 영역, 접속 단자(22)의 형성 영역 및 접속선의 형성 영역을 제외하고, 제1 실장 영역(10G)에 접지 패턴(GND1)이 형성된다. 접지 패턴(GND1)은 배터리 모듈(100)의 기준 전위로 유지된다.
제2 실장 영역(12G)에는, 통신 회로(24)가 실장됨과 함께 커넥터(23)가 형성되고, 통신 회로(24)와 커넥터(23)는 부 회로 기판(21a) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(23)에는, 도 1의 하네스(560)가 접속된다. 또한, 통신 회로(24)의 전원으로서, 전동 차량이 구비하는 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)가 통신 회로(24)에 접속된다. 통신 회로(24)의 실장 영역, 커넥터(23)의 형성 영역 및 복수의 접속선의 형성 영역을 제외하고, 제2 실장 영역(12G)에 접지 패턴(GND2)이 형성된다. 접지 패턴(GND2)은 비동력용 배터리(12)의 기준 전위로 유지된다.
절연 소자(25)는 절연 영역(26)에 걸치도록 실장된다. 절연 소자(25)는 접지 패턴(GND1)과 접지 패턴(GND2)을 서로 전기적으로 절연하면서 전압 검출 회로(20)와 통신 회로(24) 사이에 신호를 전송한다. 절연 소자(25)로서는, 예를 들어 디지털 아이솔레이터 또는 포토커플러 등을 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 절연 소자(25)로서 디지털 아이솔레이터를 사용한다.
이와 같이, 전압 검출 회로(20)와 통신 회로(24)는, 절연 소자(25)에 의해 전기적으로 절연되면서 통신 가능하게 접속된다. 이에 의해, 전압 검출 회로(20)의 전원으로서 복수의 배터리 셀(10)을 사용할 수 있고, 통신 회로(24)의 전원으로서 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)을 사용할 수 있다. 그 결과, 전압 검출 회로(20) 및 통신 회로(24)를 각각 독립으로 안정되게 동작시킬 수 있다.
다음에, 주 회로 기판(21)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 또한, 주 회로 기판(21)에 대하여, 부 회로 기판(21a)과 상이한 점을 설명한다. 도 12는, 주 회로 기판(21)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 주 회로 기판(21)은 대략 직사각 형상을 갖고, 일면 및 다른 면을 갖는다. 도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는, 각각 주 회로 기판(21)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 12의 (a)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 일면 상에는, 전압 검출 회로(20), 통신 회로(24), 절연 소자(25), 전류 검출 회로(210), 절연 소자(25b) 및 CAN 통신 회로(203)가 실장된다. 또한, 주 회로 기판(21)의 일면 상에는, 접속 단자(22) 및 커넥터(23, 31)가 형성된다. 또한, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 다른 면에는, 복수의 저항(R) 및 복수의 스위칭 소자(SW)가 실장된다.
부 회로 기판(21a)과 마찬가지로, 주 회로 기판(21)의 다른 면의 복수의 저항(R)은 전압 검출 회로(20)에 대응하는 위치보다도 상방의 위치에 배치된다. 이에 의해, 저항(R)으로부터 발생하는 열을 효율적으로 방산시킬 수 있다. 또한, 저항(R)으로부터 발생하는 열이 전압 검출 회로(20)에 전도하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 전압 검출 회로(20)의 열에 의한 오동작 및 열화를 방지할 수 있다.
또한, 접속 단자(22)는 주 회로 기판(21)의 상단부 근방에 배치된다. 이에 의해, 접속 단자(22)에 접속되는 FPC 기판(50)(도 10 참조)을 짧게 할 수 있다.
제1 실장 영역(10G)에는, 전압 검출 회로(20) 및 접속 단자(22)에 더하여 전류 검출 회로(210)가 형성되고, 전류 검출 회로(210)와 접속 단자(22)는 주 회로 기판(21) 상에서 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 전류 검출 회로(210)의 전원으로서, 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)(도 1 참조)이 전류 검출 회로(210)에 접속된다. 전압 검출 회로(20) 및 전류 검출 회로(210)의 실장 영역 및 접속 단자(22)의 형성 영역 및 접속선의 형성 영역을 제외하고, 제1 실장 영역(10G)에 접지 패턴(GND1)이 형성된다. 접지 패턴(GND1)은 배터리 모듈(100)의 기준 전위로 유지된다.
제2 실장 영역(12G)에는, 통신 회로(24) 및 커넥터(23)에 더하여 CAN 통신 회로(203) 및 커넥터(31)가 형성되고, CAN 통신 회로(203)와 커넥터(31)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(31)는, 도 1의 버스(104)에 접속된다. 또한, CAN 통신 회로(203)의 전원으로서, 전동 차량이 구비하는 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)가 CAN 통신 회로(203)에 접속된다. 통신 회로(24) 및 CAN 통신 회로(203)의 실장 영역 및 커넥터(23, 31)의 형성 영역 및 복수의 접속선의 형성 영역을 제외하고, 제2 실장 영역(12G)에 접지 패턴(GND2)이 형성된다. 접지 패턴(GND2)은 비동력용 배터리(12)의 기준 전위로 유지된다.
절연 소자(25b)는 절연 영역(26)에 걸치도록 실장된다. 절연 소자(25b)는, 접지 패턴(GND1)과 접지 패턴(GND2)을 서로 전기적으로 절연하면서 전류 검출 회로(210)와 CAN 통신 회로(203) 사이에서 신호를 전송한다. 절연 소자(25b)로서는, 예를 들어 디지털 아이솔레이터 또는 포토커플러 등을 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 절연 소자(25b)로서 디지털 아이솔레이터를 사용한다.
(6) 배터리 셀의 전압의 균등화
CAN 통신 회로(203)는, 각 배터리 모듈(100M, 100)의 각 배터리 셀(10)의 셀 정보로부터 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출한다. 여기서, CAN 통신 회로(203)는, 어느 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량보다도 큰 것을 검출한 경우, 통신 회로(24)를 통하여 충전량이 큰 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자(SW)(도 2 및 도 3 참조)를 온으로 한다.
이에 의해, 그 배터리 셀(10)에 충전된 전하가 저항(R)(도 2 및 도 3 참조)을 통하여 방전된다. 그 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량과 거의 같아질 때까지 저하되면, CAN 통신 회로(203)는 그 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자(SW)를 오프로 한다.
이와 같이 하여, 모든 배터리 셀(10)의 충전량이 대략 균등하게 유지된다. 이에 의해, 일부의 배터리 셀(10)의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있다. 그 결과, 배터리 셀(10)의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 복수의 저항(R)이 주 회로 기판(21) 및 복수의 부 회로 기판(21a)에 각각 분산되어 설치된다. 이에 의해, 복수의 배터리 모듈(100M, 100)의 각 배터리 셀(10)을 방전시킬 때 발생하는 열을 효율적으로 방산시킬 수 있다. 그 결과, 주 회로 기판(21)의 셀 특성 검출 회로(1) 및 제어 관련 회로(2) 및 부 회로 기판(21a)의 셀 특성 검출 회로(1)의 열화를 방지할 수 있다.
(7) 배터리 모듈의 접속 및 배선
다음에, 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선에 대하여 설명한다. 도 13은, 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b, 100c)이라고 부른다.
배터리 모듈(100M)에는 주 회로 기판(21) 및 전압 전류 버스 바(40y)가 설치된다. 또한, 배터리 모듈(100a 내지 100c)에는 부 회로 기판(21a)이 설치된다.
케이싱(550)은 측벽(550a, 550b, 550c, 550d)을 갖는다. 측벽(550a, 550c)은 서로 평행하고, 측벽(550b, 550d)은 서로 평행하고 또한 측벽(550a, 550c)에 대하여 수직이다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)이 2행 2열로 배열되어 있다.
구체적으로는, 배터리 모듈(100M)의 단부면(E2)과 배터리 모듈(100a)의 단부면(E1)이 마주 보도록 배치되고, 배터리 모듈(100c)의 단부면(E1)과 배터리 모듈(100b)의 단부면(E2)이 마주 보도록 배치된다. 또한, 배터리 모듈(100M)의 측면(E4)과 배터리 모듈(100c)의 측면(E4)이 마주 보도록 배치되고, 배터리 모듈(100a)의 측면(E4)과 배터리 모듈(100b)의 측면(E4)이 마주 보도록 배치된다. 또한, 배터리 모듈(100M)의 단부면(E1) 및 배터리 모듈(100c)의 단부면(E2)이 측벽(550d)을 향하도록 배치되고, 배터리 모듈(100a)의 단부면(E2) 및 배터리 모듈(100b)의 단부면(E1)이 측벽(550b)을 향하도록 배치된다. 측벽(550d)에는, 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)를 포함하는 외부 인터페이스(IF)가 설치된다.
주 회로 기판(21)의 통신 회로(24)(도 3 참조) 및 부 회로 기판(21a)의 통신 회로(24)(도 2 참조)는 각각 하네스(560)에 의해 접속된다. 또한, 배터리 모듈(100M)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100a)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100a)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100b)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100b)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100c)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다.
배터리 모듈(100M)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 전원선(501)에 의해 전압 단자(V1)에 접속된다. 또한, 배터리 모듈(100c)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)이 전원선(501)에 의해 전압 단자(V2)에 접속된다. 이 경우, 전동 차량의 모터 등을 전압 단자(V1, V2) 사이에 접속함으로써, 직렬 접속된 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)의 전력을 모터 등에 공급하는 것이 가능해진다.
주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)의 CAN 통신 회로(203)가 통신 단자(C)를 통하여 버스(104)에 의해 도 1의 주 제어부(300)에 접속된다. 이에 의해, 주 회로 기판(21)의 CAN 통신 회로(203)와 주 제어부(300)가 통신 가능해진다.
또한, 주 회로 기판(21)이 도시하지 않은 DC-DC 컨버터가, 전압 단자(V3, V4)를 통하여 전원선(502)에 의해 도 1의 비동력용 배터리(12)에 접속된다. 이에 의해, 주 회로 기판(21)의 통신 회로(24) 및 CAN 통신 회로(203)(도 3 참조)에 전력이 공급된다.
또한, 부 회로 기판(21a)의 도시하지 않은 DC-DC 컨버터가 전압 단자(V3, V4)를 통하여 전원선(502)에 의해 도 1의 비동력용 배터리(12)에 접속된다. 이에 의해, 부 회로 기판(21a)의 통신 회로(도 2 참조)에 전력이 공급된다.
(8) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 전류 검출 회로(210)를 포함한다. 그에 의해, 제어 관련 회로(2)의 전류 검출 회로(210)에 의해 검출된 전류에 기초하여, 배터리 모듈(100M, 100)의 충전 및 방전이 제어된다.
따라서, 복수의 배터리 모듈(100M, 100)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 전류 검출 유닛을 배터리 시스템(500)에 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 주 제어부(300)가 전류 검출 기능을 갖지 않아도 되므로, 주 제어부(300)의 처리의 부담이 경감된다.
또한, 제어 관련 회로(2)를 포함하는 주 회로 기판(21)이 전압 전류 버스 바(40y)를 갖는 배터리 모듈(100M)에 설치된다. 즉, 전류 검출 회로(210)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 전압 전류 버스 바(40y)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 전압 전류 버스 바(40y)를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다.
주 회로 기판(21)은, 셀 특성 검출 회로(1) 및 제어 관련 회로(2)를 포함하는 공통의 리지드 프린트 회로 기판에 의해 구성된다. 이 경우, 셀 특성 검출 회로(1)와 제어 관련 회로(2) 사이의 배선을 주 회로 기판(21) 상에 형성할 수 있다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[2] 제2 실시 형태
제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 주 회로 기판의 구성
도 14는, 제2 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 구성을 도시하는 블록도이다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는, 총 전압 검출 회로(213), 절연 소자(25b) 및 CAN 통신 회로(203)를 포함한다. 총 전압 검출 회로(213)는 전압 검출 회로(204) 및 A/D 변환기(202)를 포함하고, CAN 통신 회로(203)는 누전 검출 회로(214)을 포함한다.
본 실시 형태에 있어서, 제어 관련 회로(2)는, 배터리 모듈(100M, 100)의 제어에 관련된 기능으로서, 배터리 시스템(500)의 총 전압을 검출하는 총 전압 검출 기능 및 배터리 시스템(500)의 누전의 유무를 검출하는 누전 검출 기능을 갖는다.
총 전압 검출 회로(213)의 전압 검출 회로(204)는, 분압 회로 및 증폭 회로를 포함하고, 전압 단자(V1)의 전압과 전압 단자(V2)의 전압과의 차[배터리 시스템(500)의 가장 고전위의 플러스 전극과 가장 저전위의 마이너스 전극 사이의 전압차; 이하, 총 전압이라고 부름]를 분압 및 증폭한다. A/D 변환기(202)는 전압 검출 회로(204)의 출력 전압을 디지털값으로 변환하고, 절연 소자(25b)를 통하여 CAN 통신 회로(203)에 제공한다.
CAN 통신 회로(203)는 A/D 변환기(202)로부터 제공되는 디지털값에 기초하여 배터리 시스템(500)의 총 전압의 값을 산출한다. 누전 검출 회로(214)는 산출된 총 전압의 값에 기초하여 배터리 시스템(500)의 누전의 유무를 검출한다.
CAN 통신 회로(203)는, 총 전압의 값 및 누전의 유무를 나타내는 누전 검출 신호를 CAN 통신에 의해 도 1의 버스(104)를 통하여 주 제어부(300)에 제공한다.
(2) 주 회로 기판의 일 구성예
다음에, 주 회로 기판(21)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 도 15는, 본 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)는, 각각 주 회로 기판(21)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 15의 주 회로 기판(21)이 도 12의 주 회로 기판(21)과 상이한 것은 다음의 점이다.
도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 일면 상에는, 도 12의 (a)의 전류 검출 회로(210) 대신에 총 전압 검출 회로(213)가 실장되고, 도 12의 (a)의 CAN 통신 회로(203) 대신에 누전 검출 회로(214)를 포함하는 CAN 통신 회로(203)가 실장된다. 또한, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 실장 영역(10G)에는, 커넥터(32)가 더 형성된다. 또한, 도 15의 (b)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성은 도 12의 (b)의 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성과 마찬가지이다.
총 전압 검출 회로(213)와 커넥터(32)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(32)는 도 14의 전압 단자(V1, V2)에 접속된다. 또한, 총 전압 검출 회로(213)의 전원으로서, 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)(도 1 참조)이 총 전압 검출 회로(213)에 접속된다.
(3) 배터리 모듈의 접속 및 배선
다음에, 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선에 대하여 설명한다. 도 16은, 본 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 16에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b, 100c)이라고 부른다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)이 2행 2열로 배열되어 있다. 케이싱(550)의 측벽(550d)에는, 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)를 포함하는 외부 인터페이스(IF)가 설치된다. 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c) 및 전압 단자(V1 내지 V4)의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 총 전압 검출 회로(213)의 전압 검출 회로(204)(도 14 참조)의 한쪽의 입력 단자와 전압 단자(V1)가 도체선(53)에 의해 접속된다. 또한, 총 전압 검출 회로(213)의 전압 검출 회로(204)(도 14 참조)의 다른 쪽 입력 단자와 전압 단자(V2)가 도체선(53)에 의해 접속된다. 또한, 누전 검출 회로(214)를 갖는 CAN 통신 회로(203)가 통신 단자(C)를 통하여 버스(104)에 의해 도 1의 주 제어부(300)에 접속된다.
(4) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 총 전압 검출 회로(213) 및 누전 검출 회로(214)를 포함한다. 그에 의해, 제어 관련 회로(2)의 총 전압 검출 회로(213)에 의해 검출된 총 전압 및 누전 검출 회로(214)에 의해 검출된 누전의 유무에 기초하여, 콘택터(102)의 온 및 오프가 제어된다.
따라서, 총 전압을 검출하기 위한 총 전압 검출 유닛 및 누전의 유무를 검출하기 위한 누전 검출 유닛을 배터리 시스템(500)에 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 주 제어부(300)가 총 전압 검출 기능 및 누전 검출 기능을 갖지 않아도 되므로, 주 제어부(300)의 처리의 부담이 경감된다.
또한, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 전압 단자(V1, V2) 및 통신 단자(C)의 근방에 배치된다. 즉, 총 전압 검출 회로(213) 및 누전 검출 회로(214)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 전압 단자(V1, V2) 및 통신 단자(C)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 전압 단자(V1, V2)를 접속하는 배선[도체선(53)] 및 제어 관련 회로(2)와 통신 단자(C)를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다.
[3] 제3 실시 형태
제3 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 주 회로 기판의 구성
도 17은, 제3 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 구성을 도시하는 블록도이다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는 콘택터 제어 회로(215) 및 CAN 통신 회로(203)를 포함한다.
본 실시 형태에 있어서, 제어 관련 회로(2)는, 배터리 모듈(100M, 100)의 제어에 관련된 기능으로서, 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어하는 콘택터 제어 기능을 갖는다.
주 제어부(300)는, CAN 통신 회로(203)를 통하여 복수의 배터리 모듈(100M, 100)의 셀 정보를 콘택터 제어 회로(215)에 제공한다. 콘택터 제어 회로(215)는, 배터리 모듈(100M, 100)의 셀 정보에 기초하여 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어한다.
(2) 주 회로 기판의 일 구성예
다음에, 주 회로 기판(21)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 도 18은, 제3 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 18의 (a) 및 도 18의 (b)는, 각각 주 회로 기판(21)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 18의 주 회로 기판(21)이 도 12의 주 회로 기판(21)과 상이한 것은 다음의 점이다.
도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 일면 상에 도 12의 (a)의 전류 검출 회로(210) 및 절연 소자(25b)는 실장되지 않고, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 콘택터 제어 회로(215)가 더 실장된다. 또한, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 커넥터(33)가 더 형성된다. 또한, 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성은 도 12의 (b)의 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성과 마찬가지이다.
콘택터 제어 회로(215)와 CAN 통신 회로(203)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 콘택터 제어 회로(215)와 커넥터(33)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(33)는 도 17의 콘택터(102)에 접속된다. 또한, 콘택터 제어 회로(215)의 전원으로서, 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)가 콘택터 제어 회로(215)에 접속된다.
(3) 배터리 모듈의 접속 및 배선
다음에, 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선에 대하여 설명한다. 도 19는, 본 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 19에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b, 100c)이라고 부른다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)이 2행 2열로 배열되어 있다. 케이싱(550)의 측벽(550d)에는, 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)를 포함하는 외부 인터페이스(IF)가 설치된다.
배터리 모듈(100M)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)과 전압 단자(V1) 사이에 콘택터(102)가 개재 삽입되어 있는 점을 제외하고, 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c), 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 콘택터 제어 회로(215)가 도체선(54)에 의해 콘택터(102)에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)는 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어하는 것이 가능해진다.
(4) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 콘택터 제어 회로(215)를 포함한다. 그에 의해, 콘택터(102)의 온 및 오프가 제어된다.
따라서, 콘택터 제어 유닛을 배터리 시스템(500)에 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 주 제어부(300)가 콘택터 제어 기능을 갖지 않아도 되므로, 주 제어부(300)의 처리의 부담이 경감된다.
또한, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 콘택터(102)의 근방에 배치된다. 즉, 콘택터 제어 회로(215)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 콘택터(102)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 콘택터(102)를 접속하는 배선[도체선(54)]을 짧게 할 수 있다.
[4] 제4 실시 형태
제4 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 주 회로 기판의 구성
도 20은, 제4 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 구성을 도시하는 블록도이다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는 송풍기 제어 회로(216) 및 CAN 통신 회로(203)를 포함한다.
도 20에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 배터리 시스템(500)은 배터리 모듈(100M, 100)을 방열시키기 위한 송풍기(581)를 더 구비한다. 제어 관련 회로(2)는 배터리 모듈(100M, 100)의 제어에 관련된 기능으로서, 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도를 제어하는 송풍기 제어 기능을 갖는다.
주 제어부(300)는, CAN 통신 회로(203)를 통하여 복수의 배터리 모듈(100M, 100)의 셀 정보를 송풍기 제어 회로(216)에 제공한다. 송풍기 제어 회로(216)는 배터리 모듈(100M, 100)의 셀 정보에 기초하여, 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도를 제어한다.
(2) 주 회로 기판의 일 구성예
다음에, 주 회로 기판(21)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 도 21은, 제4 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 21의 (a) 및 도 21의 (b)는, 각각 주 회로 기판(21)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 21의 주 회로 기판(21)이 도 12의 주 회로 기판(21)과 상이한 것은 다음의 점이다.
도 21의 (a)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 일면 상에 도 12의 (a)의 전류 검출 회로(210) 및 절연 소자(25b)는 실장되지 않고, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 송풍기 제어 회로(216)가 더 실장된다. 또한, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 커넥터(34)가 더 형성된다. 또한, 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성은 도 12의 (b)의 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성과 마찬가지이다.
송풍기 제어 회로(216)와 CAN 통신 회로(203)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 송풍기 제어 회로(216)와 커넥터(34)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(34)는, 도 20의 송풍기(581)에 접속된다. 또한, 송풍기 제어 회로(216)의 전원으로서, 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)가 송풍기 제어 회로(216)에 접속된다.
(3) 배터리 모듈의 접속 및 배선
다음에, 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선에 대하여 설명한다. 도 22는, 본 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 22에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b, 100c)이라고 부른다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)이 2행 2열로 배열되어 있다. 케이싱(550)의 측벽(550d)에는, 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)를 포함하는 외부 인터페이스(IF)가 설치된다. 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c), 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 외부 인터페이스(IF)에 송풍기 단자(F)가 더 설치된다. 송풍기(581)가 송풍기 단자(F)에 접속된다. 또한, 송풍기 제어 회로(216)가 도체선(55)에 의해 송풍기 단자(F)에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)는, 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도를 제어하는 것이 가능해진다.
(4) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 송풍기 제어 회로(216)를 포함한다. 그에 의해, 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도가 제어된다.
따라서, 송풍기 제어 유닛을 배터리 시스템(500)에 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 주 제어부(300)가 송풍기 제어 기능을 갖지 않아도 되므로, 주 제어부(300)의 처리의 부담이 경감된다.
또한, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 송풍기 단자(F)의 근방에 배치된다. 즉, 송풍기 제어 회로(216)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 송풍기 단자(F)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 송풍기 단자(F)를 접속하는 배선[도체선(55)]을 짧게 할 수 있다.
[5] 제5 실시 형태
제5 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 주 회로 기판의 구성
도 23은, 제5 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 구성을 도시하는 블록도이다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는 전력 공급 회로(217) 및 CAN 통신 회로(203)를 포함한다.
본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는 배터리 모듈(100M, 100)의 제어에 관련된 기능으로서, 배터리 모듈(100M)의 CAN 통신 회로(203) 및 배터리 모듈(100M, 100)의 통신 회로(24)에 전력을 공급하는 전력 공급 기능을 갖는다.
전력 공급 회로(217)는 DC-DC 컨버터를 포함하고, 비동력용 배터리(12)로부터의 전압을 강압한다. 강압된 전압은, 배터리 모듈(100M)의 CAN 통신 회로(203) 및 통신 회로(24) 및 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)에 제공된다.
(2) 주 회로 기판의 일 구성예
다음에, 주 회로 기판(21)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 도 24는, 제5 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 24의 (a) 및 도 24의 (b)는, 각각 주 회로 기판(21)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 24의 주 회로 기판(21)이 도 12의 주 회로 기판(21)과 상이한 것은 다음의 점이다.
도 24의 (a)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 일면 상에 도 12의 (a)의 전류 검출 회로(210) 및 절연 소자(25b)는 실장되지 않고, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 전력 공급 회로(217)가 더 실장된다. 또한, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 커넥터(35, 36)가 더 형성된다. 또한, 도 24의 (b)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성은 도 12의 (b)의 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성과 마찬가지이다.
전력 공급 회로(217)와 CAN 통신 회로(203)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 전력 공급 회로(217)와 통신 회로(24)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 전력 공급 회로(217)와 커넥터(36)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(35)는, 도 23의 비동력용 배터리(12)에 접속된다. 또한, 커넥터(36)는, 도 23의 각 배터리 모듈(100)의 부 회로 기판(21a)에 접속된다.
(3) 배터리 모듈의 접속 및 배선
다음에, 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선에 대하여 설명한다. 도 25는, 본 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 25에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b, 100c)이라고 부른다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)이 2행 2열로 배열되어 있다. 케이싱(550)의 측벽(550d)에는, 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)를 포함하는 외부 인터페이스(IF)가 설치된다. 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c), 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1, V2)의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 23의 비동력용 배터리(12)가 전압 단자(V3, V4)에 접속된다. 또한, 전력 공급 회로(217)의 커넥터(35)(도 24 참조)가, 전원선(502)에 의해 전압 단자(V3, V4)에 접속된다. 또한, 전력 공급 회로(217)의 커넥터(36)(도 24 참조)가, 도체선(56)에 의해 각 배터리 모듈(100)의 부 회로 기판(21a)에 접속된다. 이에 의해, 전력 공급 회로(217)는 배터리 모듈(100M)의 CAN 통신 회로(203) 및 통신 회로(24) 및 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)에 전력을 공급하는 것이 가능해진다.
(4) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 전력 공급 회로(217)를 포함한다. 그에 의해, 배터리 모듈(100M)의 CAN 통신 회로(203) 및 배터리 모듈(100M, 100)의 통신 회로(24)에 전력이 공급된다.
따라서, 전력 공급 유닛을 각 부 회로 기판(21a)에 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 전압 단자(V3, V4)의 근방에 배치된다. 즉, 전력 공급 회로(217)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 전압 단자(V3, V4)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 전압 단자(V3, V4)를 접속하는 배선[전원선(502)]을 짧게 할 수 있다.
[6] 제6 실시 형태
제6 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 주 회로 기판의 구성
도 26은, 제6 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 구성을 도시하는 블록도이다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는 CAN 통신 회로(203)를 포함한다. CAN 통신 회로(203)는 차량 기동 검출 회로(218)를 포함한다.
도 26에 도시한 바와 같이, 전동 차량은 기동시에 기동 신호를 발생하는 기동 신호 발생부(301)를 구비한다. 제어 관련 회로(2)는, 배터리 모듈(100M, 100)의 제어에 관련된 기능으로서, 전동 차량의 기동을 검출하는 차량 기동 검출 기능을 갖는다.
차량 기동 검출 회로(218)는, 기동 신호 발생부(301)가 발생하는 기동 신호를 검출한다. 기동 신호가 검출된 경우, CAN 통신 회로(203)는, 배터리 모듈(100M, 100)의 통신 회로(24)를 기동시킨다.
(2) 주 회로 기판의 일 구성예
다음에, 주 회로 기판(21)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 도 27은, 제6 실시 형태에 있어서의 주 회로 기판(21)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 27의 (a) 및 도 27의 (b)는, 각각 주 회로 기판(21)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 27의 주 회로 기판(21)이 도 12의 주 회로 기판(21)과 상이한 것은 다음의 점이다.
도 27의 (a)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 일면 상에 도 12의 (a)의 전류 검출 회로(210) 및 절연 소자(25b)는 실장되지 않고, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 도 3의 (a)의 CAN 통신 회로(203) 대신에 차량 기동 검출 회로(218)를 포함하는 CAN 통신 회로(203)가 실장된다. 또한, 주 회로 기판(21)의 일면 상의 제2 실장 영역(12G)에는, 커넥터(37)가 더 형성된다. 또한, 도 27의 (b)에 도시한 바와 같이, 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성은 도 12의 (b)의 주 회로 기판(21)의 다른 면의 구성과 마찬가지이다.
CAN 통신 회로(203)와 커넥터(37)는 주 회로 기판(21) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(37)는, 도 26의 기동 신호 발생부(301)에 접속된다.
(3) 배터리 모듈의 접속 및 배선
다음에, 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선에 대하여 설명한다. 도 28은, 본 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 28에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b, 100c)이라고 부른다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)이 2행 2열로 배열되어 있다. 케이싱(550)의 측벽(550d)에는, 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)를 포함하는 외부 인터페이스(IF)가 설치된다. 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c), 통신 단자(C) 및 전압 단자(V1 내지 V4)의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 외부 인터페이스(IF)에 차량 기동 단자(G)가 더 설치된다. 도 26의 기동 신호 발생부(301)가 차량 기동 단자(G)에 접속된다. 또한, 차량 기동 검출 회로(218)가 도체선(55)에 의해 차량 기동 단자(G)에 접속된다. 이에 의해, 차량 기동 검출 회로(218)는 기동 검출 신호를 검출하는 것이 가능해진다.
(4) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 차량 기동 검출 회로(218)를 포함한다. 그에 의해, 전동 차량의 기동이 검출된다.
따라서, 차량 기동 검출 유닛을 배터리 시스템(500)에 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 차량 기동 단자(G)의 근방에 배치된다. 즉, 차량 기동 검출 회로(218)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 차량 기동 단자(G)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 차량 기동 단자(G)를 접속하는 배선[도체선(57)]을 짧게 할 수 있다.
[7] 제7 실시 형태
제7 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 배터리 모듈의 접속 및 배선
도 29는, 본 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 관련 회로(2)는 CAN 통신 회로(203)를 포함한다.
도 29에 도시한 바와 같이, 3개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b, 100c)이라고 부른다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)이 2행 2열로 배열되어 있다.
케이싱(550)의 측벽(550d)에는 통신 단자(C)가 설치된다. 또한, 측벽(550b)에는, 전압 단자(V1 내지 V4)가 설치된다. 통신 단자(C) 및 전압 단자(V3, V4)의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 배터리 모듈(100b)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100c)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100c)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100M)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100M)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100a)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다.
배터리 모듈(100b)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 전원선(501)에 의해 전압 단자(V1)에 접속된다. 또한, 배터리 모듈(100a)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)이 전원선(501)에 의해 전압 단자(V2)에 접속된다. 이 경우, 전동 차량의 모터 등을 전압 단자(V1, V2) 사이에 접속함으로써, 직렬 접속된 배터리 모듈(100M, 100a 내지 100c)의 전력을 모터 등에 공급하는 것이 가능해진다.
(2) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 CAN 통신 회로(203)를 포함한다. 그에 의해, 배터리 모듈(100M, 100)의 통신 회로(24)와 전동 차량의 주 제어부(300) 사이에서 CAN 통신 회로(203)를 통하여 통신을 행할 수 있다.
따라서, CAN 통신 유닛을 배터리 시스템(500)에 별도로 설치하는 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100M)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 통신 단자(C)의 근방에 배치된다. 즉, CAN 통신 회로(203)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 통신 단자(C)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 통신 단자(C)를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)는, 배터리 모듈(100M, 100)을 충방전하기 위한 전압 단자(V1, V2)로부터 이격하여 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)의 내노이즈성이 향상된다.
[8] 제8 실시 형태
제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)은, 1개의 배터리 모듈(100M)을 갖지만, 이것에 한정되지 않는다. 배터리 시스템(500)이 2개 이상의 배터리 모듈(100M)을 가져도 된다.
이하, 제8 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 배터리 모듈의 접속 및 배선
도 30은, 제8 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다. 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템은, 2개의 배터리 모듈(100M), 2개의 배터리 모듈(100) 및 송풍기(581)를 구비한다.
도 30에 도시한 바와 같이, 2개의 배터리 모듈(100M)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100M)을 배터리 모듈(100Ma, 100Mb)이라고 부른다. 또한, 2개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위하여 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100a, 100b)이라고 부른다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b)이 2행 2열로 배열되어 있다.
배터리 모듈(100Ma, 100Mb)에는 주 회로 기판(21)이 설치된다. 또한, 배터리 모듈(100a, 100b)에는 부 회로 기판(21a)이 설치된다. 주 회로 기판(21)에는, 도 2의 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서는, 배터리 모듈(100Ma)의 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)는 CAN 통신 회로(203)를 포함한다. 또한, 배터리 모듈(100Mb)의 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)는 송풍기 제어 회로(216)를 포함한다.
케이싱(550)의 측벽(550d)에는 통신 단자(C)가 설치된다. 또한, 측벽(550b)에는, 전압 단자(V1 내지 V4) 및 송풍기 단자(F)가 설치된다. 통신 단자(C) 및 전압 단자(V3, V4)의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 배터리 모듈(100Mb)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100b)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100b)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100Ma)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100Ma)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100a)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다.
배터리 모듈(100Mb)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 전원선(501)에 의해 전압 단자(V1)에 접속된다. 또한, 배터리 모듈(100a)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)이 전원선(501)에 의해 전압 단자(V2)에 접속된다. 이 경우, 전동 차량의 모터 등을 전압 단자(V1, V2) 사이에 접속함으로써, 직렬 접속된 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b)의 전력을 모터 등에 공급하는 것이 가능해진다.
또한, 송풍기(581)가 송풍기 단자(F)에 접속된다. 또한, 송풍기 제어 회로(216)가 도체선(55)에 의해 송풍기 단자(F)에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)는 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도를 제어하는 것이 가능해진다.
(2) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100Ma)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 CAN 통신 회로(203)를 포함한다. 그에 의해, 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b)의 통신 회로(24)와 전동 차량의 주 제어부(300) 사이에서 CAN 통신 회로(203)를 통하여 통신을 행할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100Mb)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 송풍기 제어 회로(216)를 포함한다. 그에 의해, 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도가 제어된다.
따라서, CAN 통신 유닛 및 송풍기 제어 유닛을 배터리 시스템(500)에 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
또한, 주 제어부(300)가 송풍기 제어 기능을 갖지 않아도 되므로, 주 제어부(300)의 처리의 부담이 경감된다.
또한, 배터리 모듈(100Ma)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 통신 단자(C)의 근방에 배치된다. 즉, CAN 통신 회로(203)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 통신 단자(C)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 통신 단자(C)를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100Mb)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 송풍기 단자(F)의 근방에 배치된다. 즉, 송풍기 제어 회로(216)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 송풍기 단자(F)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 송풍기 단자(F)를 접속하는 배선[도체선(55)]을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100Ma)이 갖는 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)는, 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b)을 충방전하기 위한 전압 단자(V1, V2)로부터 이격하여 배치된다. 이에 의해, CAN 통신 회로(203)의 내노이즈성이 향상된다.
[9] 제9 실시 형태
이하, 제9 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제8 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
도 31은, 제9 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M, 100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다. 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)은, 4개의 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b), 콘택터(102), HV(High Voltage; 고압) 커넥터(520), 서비스 플러그(530) 및 송풍기(581)를 구비한다.
본 실시 형태에 있어서는, 배터리 모듈(100Ma)의 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)는 송풍기 제어 회로(216)를 포함한다. 또한, 배터리 모듈(100Mb)의 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)는 CAN 통신 회로(203) 및 콘택터 제어 회로(215)를 포함한다.
배터리 모듈(100b, 100Mb)의 측면(E3)과 측벽(550c) 사이의 영역에, 서비스 플러그(530), HV 커넥터(520) 및 콘택터(102)가 이 순서로 측벽(550d)으로부터 측벽(550b)으로 배열되도록 배치된다. HV 커넥터(520)는 전압 단자(V1, V2)를 갖는다. 케이싱(550)의 측벽(550b)에는, 전압 단자(V3, V4) 및 통신 단자(C)가 설치된다. 측벽(550c)에는, HV 커넥터(520)의 전압 단자(V1, V2)가 설치된다. 측벽(550d)에는, 송풍기 단자(F)가 설치된다.
배터리 모듈(100Mb)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100b)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100Ma)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100a)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다. 배터리 모듈(100b)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)이 전원선(501)에 의해 서비스 플러그(530)에 접속됨과 함께, 배터리 모듈(100Ma)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 전원선(501)에 의해 서비스 플러그(530)에 접속된다.
서비스 플러그(530)는 예를 들어 배터리 시스템(500)의 유지 보수시에 작업자에 의해 오프된다. 서비스 플러그(530)가 오프된 경우에는, 배터리 모듈(100Mb, 100b)로 이루어지는 직렬 회로와 배터리 모듈(100Ma, 100a)로 이루어지는 직렬 회로가 전기적으로 분리된다. 이 경우, 4개의 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b) 사이의 전류 경로가 차단된다. 이에 의해, 유지 보수시의 안전성이 확보된다.
배터리 시스템(500)의 유지 보수시에는, 서비스 플러그(530)와 함께 콘택터(102)도 작업자에 의해 오프된다. 이 경우, 4개의 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b) 사이의 전류 경로가 확실하게 차단된다. 이에 의해, 유지 보수시의 안전성이 충분히 확보된다. 또한, 각 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b)의 전압이 서로 같은 경우에는, 배터리 모듈(100Ma, 100b)로 이루어지는 직렬 회로의 총 전압과 배터리 모듈(100Ma, 100a)로 이루어지는 직렬 회로의 총 전압이 같아지게 된다. 그로 인해, 유지 보수시에 배터리 시스템(500) 내에 높은 전압이 발생하는 것이 방지된다.
배터리 모듈(100Mb)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)은, 전원선(501)에 의해 콘택터(102)를 통하여 HV 커넥터(520)의 전압 단자(V1)에 접속된다. 배터리 모듈(100a)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)은, 전원선(501)에 의해 콘택터(102)를 통하여 HV 커넥터(520)의 전압 단자(V2)에 접속된다. 이 경우, 전동 차량의 모터 등을 전압 단자(V1, V2) 사이에 접속함으로써, 직렬 접속된 배터리 모듈(100Ma, 100Mb, 100a, 100b)의 전력을 모터 등에 공급하는 것이 가능해진다.
배터리 모듈(100Mb)의 주 회로 기판(21)의 통신 회로(24)(도 3 참조)와 배터리 모듈(100b)의 부 회로 기판(21a)의 통신 회로(24)(도 2 참조)는, 통신선(P1)을 통하여 서로 접속된다. 배터리 모듈(100b)의 부 회로 기판(21a)의 통신 회로(24)와 배터리 모듈(100Ma)의 주 회로 기판(21)의 통신 회로(24)는, 통신선(P2)을 통하여 서로 접속된다. 배터리 모듈(100Ma)의 주 회로 기판(21)의 통신 회로(24)와 배터리 모듈(100a)의 부 회로 기판(21a)의 통신 회로(24)는, 통신선(P3)을 통하여 서로 접속된다. 통신선(P1 내지 P3)에 의해 버스가 구성된다.
배터리 모듈(100Mb)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 통신 단자(C) 및 콘택터(102)의 근방에 배치된다. 배터리 모듈(100Mb)의 주 회로 기판(21)의 CAN 통신 회로(203)가 도체선에 의해 통신 단자(C)에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 주 제어부(300)가 통신 가능해진다. 또한, 배터리 모듈(100Mb)의 주 회로 기판(21)의 콘택터 제어 회로(215)가, 도체선(54)에 의해 콘택터 제어 회로(215)에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)는, 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어하는 것이 가능해진다.
배터리 모듈(100Ma)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 송풍기 단자(F)의 근방에 배치된다. 송풍기(581)는 송풍기 단자(F)에 접속된다. 또한, 배터리 모듈(100Ma)의 주 회로 기판(21)의 송풍기 제어 회로(216)가 도체선(55)에 의해 송풍기 단자(F)에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)는 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도를 제어하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 배터리 모듈(100Ma)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 송풍기 단자(F)의 근방에 배치된다. 이에 의해, 송풍기 제어 회로(216)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 송풍기 단자(F)에 가까운 위치에 배치된다. 그 결과, 제어 관련 회로(2)와 송풍기 단자(F)를 접속하는 배선[도체선(55)]을 짧게 할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(100Mb)에 설치되는 주 회로 기판(21)이 통신 단자(C) 및 콘택터(102)의 근방에 배치된다. 이에 의해, CAN 통신 회로(203) 및 콘택터 제어 회로(215)를 갖는 주 회로 기판(21)이 부 회로 기판(21a)보다도 통신 단자(C) 및 콘택터(102)에 가까운 위치에 배치된다. 그 결과, 제어 관련 회로(2)와 통신 단자(C)를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있음과 함께, 제어 관련 회로(2)와 콘택터(102)를 접속하는 배선[도체선(54)]을 짧게 할 수 있다.
[10] 제10 실시 형태
이하, 제10 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 32는, 제10 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M)의 단부의 외관 사시도이다.
도 32의 (a)에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(100M)의 주 회로 기판(21)은 제1 주 회로 기판(211) 및 제2 주 회로 기판(212)으로 이루어진다. 제1 주 회로 기판(211)에는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 또한, 제2 주 회로 기판(212)에는 제어 관련 회로(2)가 실장된다.
도 32의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 주 회로 기판(211)은 배터리 모듈(100M)의 단부면(E1)에 설치된다. 또한, 제2 주 회로 기판(212)은 홀더(20H)에 의해 보유 지지된다.
도 32의 (b)에 도시한 바와 같이, 홀더(20H)가 배터리 모듈(100M)의 단부면(E1)에 설치된다. 이에 의해, 배터리 모듈(100M)의 단부면(E1)에 제1 주 회로 기판(211) 및 제2 주 회로 기판(212)을 겹치도록 설치할 수 있다. 이 경우, 제2 주 회로 기판(212)에 많은 기능을 포함하는 제어 관련 회로(2)를 실장할 수 있다. 예를 들어, 제어 관련 회로(2)가 전류 검출 회로(210), 총 전압 검출 회로(213), 누전 검출 회로(214), 콘택터 제어 회로(215), 송풍기 제어 회로(216), 전력 공급 회로(217) 및 차량 기동 검출 회로(218) 중 2 이상 또는 모두를 포함해도 된다.
[11] 제11 실시 형태
제11 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대하여, 제10 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
도 33은, 제11 실시 형태에 있어서의 배터리 모듈(100M)의 평면도이다. 제10 실시 형태와 마찬가지로, 배터리 모듈(100M)의 주 회로 기판(21)은 제1 주 회로 기판(211) 및 제2 주 회로 기판(212)으로 이루어진다. 제1 주 회로 기판(211)에는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 또한, 제2 주 회로 기판(212)에는 제어 관련 회로(2)가 실장된다.
제1 주 회로 기판(211)은 배터리 모듈(100M)의 단부면(E1)에 설치된다. 또한, 제2 주 회로 기판(212)은 배터리 모듈(100M)의 단부면(E2)에 설치된다. 이 경우에도, 제2 주 회로 기판(212)에 많은 기능을 포함하는 제어 관련 회로(2)를 실장할 수 있다. 예를 들어, 제어 관련 회로(2)가 전류 검출 회로(210), 총 전압 검출 회로(213), 누전 검출 회로(214), 콘택터 제어 회로(215), 송풍기 제어 회로(216), 전력 공급 회로(217) 및 차량 기동 검출 회로(218) 중 2 이상 또는 모두를 포함해도 된다.
[12] 제12 실시 형태
이하, 제12 실시 형태에 관한 배터리 모듈에 대하여 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)의 배터리 모듈(100)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 배터리 모듈의 구조
제12 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)의 구조에 대하여 설명한다. 도 34는 제12 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)의 외관 사시도이며, 도 35는 도 34의 배터리 모듈(100)의 평면도이다. 도 36은 도 34의 배터리 모듈(100)의 단면도이며, 도 37은 도 35의 A-A선에 있어서의 종단면도이다.
도 34 및 도 35에 도시한 바와 같이, 각 배터리 셀(10)은 상면 부분의 중앙에 가스 배출 밸브(10v)를 갖는다. 배터리 셀(10) 내부의 압력이 소정의 값까지 상승한 경우, 배터리 셀(10) 내부의 가스가 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)로부터 배출된다. 이에 의해, 배터리 셀(10) 내부의 압력의 과도한 상승이 방지된다.
복수의 배터리 셀(10), 한 쌍의 단부면 프레임(92), 한 쌍의 상단부 프레임(93) 및 한 쌍의 하단부 프레임(94)에 의해 대략 직육면체 형상의 배터리 블록(10BB)이 구성된다. 배터리 블록(10BB)은, XY 평면에 평행한 상면을 갖는다. 또한, 배터리 블록(10BB)은, YZ 평면에 평행한 일단부면 및 타단부면을 갖는다. 또한, 배터리 블록(10BB)은, XZ 평면에 평행한 일측면 및 타측면을 갖는다.
한 쌍의 단부면 프레임(92)은, 각각 YZ 방향에 평행한 일면 및 다른 면을 갖는다. 도 34, 도 36 및 도 37에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 일면에는, 각각 평탄부(92a), 4개의 기판 설치부(92b) 및 4개의 접속부(92c)가 설치된다. 접속부(92c)는 평탄부(92a)의 네 코너에 설치된다. 또한, 기판 설치부(92b)는 평탄부(92a)의 상측 접속부(92c)의 하부 및 하측 접속부(92c)의 상부에 설치된다.
한 쌍의 단부면 프레임(92)의 다른 면 사이에 복수의 배터리 셀(10)이 배치된 상태에서, 한 쌍의 단부면 프레임(92) 상측 접속부(92c)에 한 쌍의 상단부 프레임(93)이 설치되고, 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 하측 접속부(92c)에 한 쌍의 하단부 프레임(94)이 설치된다. 이에 의해, 복수의 배터리 셀(10)이, X 방향으로 적층된 상태에서 일체적으로 고정된다. 이 경우, 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 일면이, 각각 배터리 블록(10BB)의 일단부면 및 타단부면을 구성한다.
배터리 블록(10BB)의 한쪽 단부면 프레임(92)에는 제1 프린트 회로 기판(211a), 기판 홀더(95) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이, 단부면 프레임(92)에 평행하거나 또한 X 방향[복수의 배터리 셀(10)의 적층 방향]으로 배열되도록 설치된다. 여기서, 기판 홀더(95)는 YZ 방향에 평행한 일면 및 다른 면을 갖는다. 기판 홀더(95)의 다른 면은 한쪽의 단부면 프레임(92)의 일면에 대향한다. 또한, 제2 프린트 회로 기판(212a)은 기판 홀더(95)의 일면에 설치된다.
이에 의해, 제1 프린트 회로 기판(211a)은, 배터리 블록(10BB)의 X 방향에 직교하는 일단부면 상에 설치되고, 제2 프린트 회로 기판(212a)은 배터리 블록(10BB)의 일단부면과 평행한 기판 홀더(95)의 일면 상에서 제1 프린트 회로 기판(211a)에 적층되도록 설치된다. 이와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 서로 다른 면 상에 설치된다. 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)의 상세한 것은 후술한다.
상기와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이, 배터리 블록(10BB)의 일단부면 상에 적층되게 설치된다. 이 경우, Y 방향 및 Z 방향에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해, Y 방향 및 Z 방향에 있어서 배터리 모듈(100)의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 용이하게 배터리 모듈(100)을 설치할 수 있다. 그 결과, 배터리 시스템(500) 및 배터리 시스템(500)을 구비하는 전동 차량의 설계의 자유도가 향상된다.
또한, 배터리 블록(10BB)의 일단부면은, 단부면 프레임(92)에 의해 구성된다. 따라서, 단부면 프레임(92)에 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)을 확실하게 고정할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)이 배터리 블록(10BB)의 상면, 일측면 및 타측면 중 어느 하나에 설치되는 경우에는, 배터리 블록(10BB)의 상면, 일측면 및 타측면 중 어느 하나에 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 설치하기 위한 나사 구멍을 형성할 필요가 있다. 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수가 변경되는 경우에는, X 방향에 있어서의 배터리 블록(10BB)의 크기가 변화한다. 그로 인해, 배터리 블록(10BB)의 상면, 일측면 및 타측면 중 어느 하나에 새로운 나사 구멍을 형성해야만 한다.
한편, 본 실시 형태에 있어서, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)이 설치되는 배터리 블록(10BB)의 일단부면의 크기는 변화하지 않는다. 그로 인해, 복수의 배터리 셀(10)의 수가 변경되는 경우에도, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 설치하기 위한 나사 구멍을 새롭게 형성할 필요가 없다. 이에 의해, 다른 사양의 배터리 모듈(100)을 공통의 부품을 사용하여 제조할 수 있다.
배터리 블록(10BB)의 상면에 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되는 경우에는, 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)가 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)에 의해 덮인다. 이 경우, 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)로부터 배출되는 가스를 원활하게 외부로 유도하기 위한 구조를 배터리 블록(10BB)의 상면에 설치할 필요가 있다.
이에 대하여, 본 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)에 있어서는, 배터리 블록(10BB)의 상면에 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되지 않는다. 배터리 블록(10BB)의 상면에 그로 인해, 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)로부터 배출되는 가스를 외부로 유도하기 위한 구조를 형성할 필요가 없다.
본 실시 형태에 있어서의 각 FPC 기판(50)은, 단부면 프레임(92)[제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)이 설치되는 단부면 프레임(92)]의 상단부 부분에서 내측을 향하여 직각으로 되접히고, 다시 하방을 향하여 되접혀, 제1 프린트 회로 기판(211a)에 접속된다. 또한, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 도시하지 않은 접속선에 의해 서로 접속된다.
(2) 제1 및 제2 프린트 회로 기판의 설치 구조
도 38은, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)의 설치 구조를 도시하는 도면이다. 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)은 동일한 대략 직사각 형상을 갖는다. 제1 프린트 회로 기판(211a)의 네 코너 및 제2 프린트 회로 기판(212a)의 네 코너에는 각각 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 단부면 프레임(92)의 4개의 기판 설치부(92b)에는, 나사 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
기판 홀더(95)는 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)과 대략 동일한 대략 직사각 형상을 갖는다. 기판 홀더(95)의 네 코너에도 각각 관통 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
도 38의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 네 코너에 형성된 관통 구멍과 4개의 기판 설치부(92b)에 형성된 나사 구멍이 겹치도록, 단부면 프레임(92) 상에 제1 프린트 회로 기판(211a)이 위치 결정된다.
제2 프린트 회로 기판(212a)의 4개의 관통 구멍과 기판 홀더(95)의 4개의 관통 구멍이 각각 겹치도록 기판 홀더(95) 상에 제2 프린트 회로 기판(212a)이 위치 결정되고, 제2 프린트 회로 기판(212a)의 4개의 관통 구멍 및 기판 홀더(95)의 4개의 관통 구멍에 각각 나사(95N)가 삽입된다. 이에 의해, 4개의 나사(95N)의 선단 부분이 기판 홀더(95)의 4개의 관통 구멍으로부터 돌출된다.
기판 홀더(95)로부터 돌출되는 4개의 나사(95N)가 제1 프린트 회로 기판(211a)의 4개의 관통 구멍을 통하여 기판 설치부(92b)의 나사 구멍에 설치된다. 이에 의해, 도 38의 (b)에 도시한 바와 같이, 단부면 프레임(92)에 제1 프린트 회로 기판(211a), 기판 홀더(95) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 고정된다.
상기의 예에서는, 단부면 프레임(92)에 제2 프린트 회로 기판(212a)을 고정하기 위하여 기판 홀더(95)가 사용된다. 이에 한정하지 않고, 기판 홀더(95)를 이용하지 않고 단부면 프레임(92)에 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되어도 된다. 예를 들어, 제2 프린트 회로 기판(212a)의 4개의 관통 구멍에 각각 나사(95N)를 삽입한다. 이 상태에서, 기판 홀더(95)로부터 돌출되는 4개의 나사(95N)를, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 4개의 관통 구멍을 통하여 기판 설치부(92b)의 나사 구멍에 설치한다.
이 경우, 1개의 단부면 프레임(92)에 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 고정하기 위한 구성이 단순화된다. 또한, 단부면 프레임(92)에 기판 홀더(95)가 설치되지 않으므로, X 방향[복수의 배터리 셀(10)의 적층 방향]에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가가 억제된다.
또한, 기판 홀더(95)를 사용하지 않는 경우에는, 예를 들어 4개의 나사(95N)에 있어서의 제1 프린트 회로 기판(211a)과 제2 프린트 회로 기판(212a) 사이에 스페이서로서 각각 와셔를 삽입해도 된다.
(3) 제1 및 제2 프린트 회로 기판의 일 구성예
제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)의 일 구성예에 대하여 설명한다. 도 39의 (a)는 제1 프린트 회로 기판(211a)의 모식적 평면도이며, 도 39의 (b)는 제2 프린트 회로 기판(212a)의 모식적 평면도이다.
도 39의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a)은, 일면(211A) 및 다른 면(211B)을 갖는다. 제1 프린트 회로 기판(211a)의 일면(211A) 상에는, 전압 검출 회로(20)가 실장된다.
또한, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 일면(211A) 상에는, 복수의 접속 단자(22, 23a)가 형성된다. 또한, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 일면(211A) 상에는, 복수의 저항(R) 및 복수의 스위칭 소자(SW)로 이루어지는 균등화 회로(EQ)가 실장된다.
전압 검출 회로(20), 균등화 회로(EQ) 및 복수의 접속 단자(22, 23a)는, 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, 전압 검출 회로(20)의 전원으로서, 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)(도 34 참조)이 전압 검출 회로(20)에 접속된다.
전압 검출 회로(20) 및 균등화 회로(EQ)의 실장 영역, 복수의 접속 단자(22, 23a) 및 접속선의 형성 영역을 제외하고, 접지 패턴(GND1)이 형성된다. 접지 패턴(GND1)은 배터리 모듈(100)의 기준 전위로 유지된다.
도 39의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 일면(212A) 및 다른 면(212B)을 갖는다. 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 일면(212A) 상에 제1 실장 영역(10G), 제2 실장 영역(12G) 및 띠 형상의 절연 영역(26)을 갖는다.
제1 실장 영역(10G)은, 제2 프린트 회로 기판(212a)의 1개의 코너부에 형성된다. 절연 영역(26)은 제1 실장 영역(10G)을 따라 연장되도록 형성된다. 제2 실장 영역(12G)은, 제2 프린트 회로 기판(212a)의 나머지의 부분에 형성된다. 제1 실장 영역(10G)과 제2 실장 영역(12G)은 절연 영역(26)에 의해 서로 분리된다. 그에 의해, 제1 실장 영역(10G)과 제2 실장 영역(12G)은 절연 영역(26)에 의해 전기적으로 절연된다.
제1 실장 영역(10G)에는, 복수의 접속 단자(23b)가 형성된다. 접속 단자(23b)와, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 접속 단자(23a)가 예를 들어 접속선을 포함하는 FPC 기판에 의해 전기적으로 접속된다. 접속 단자(23a)의 형성 영역 및 접속선의 형성 영역을 제외하고, 제1 실장 영역(10G)에 접지 패턴(GND1)이 형성된다. 접지 패턴(GND1)은 배터리 모듈(100)의 기준 전위로 유지된다.
제2 실장 영역(12G)에는, 통신 회로(24) 및 커넥터(29)가 실장된다. 통신 회로(24)와 커넥터(29)는 제2 프린트 회로 기판(212a) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(29)에는, 통신선(570)(후술하는 도 42 참조)이 접속된다. 또한, 통신 회로(24)의 전원으로서, 전동 차량이 구비하는 비동력용 배터리(12)(후술하는 도 42 참조)가 통신 회로(24)에 접속된다. 통신 회로(24) 및 커넥터(29)의 실장 영역, 및 복수의 접속선의 형성 영역을 제외하고, 제2 실장 영역(12G)에 접지 패턴(GND2)이 형성된다. 접지 패턴(GND2)은 비동력용 배터리(12)의 기준 전위로 유지된다.
절연 소자(25)는 절연 영역(26)에 걸치도록 실장된다. 절연 소자(25)는, 접지 패턴(GND1)과 접지 패턴(GND2)을 서로 전기적으로 절연하면서 통신 회로(24)와 접속 단자(23b) 사이에서 신호를 전송한다.
이에 의해, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 전압 검출 회로(20)와 제2 프린트 회로 기판(212a)의 통신 회로(24)가 절연 소자(25)에 의해 전기적으로 절연되면서 통신 가능하게 접속된다. 따라서, 전압 검출 회로(20)의 전원으로서 복수의 배터리 셀(10)을 사용할 수 있고, 통신 회로(24)의 전원으로서 비동력용 배터리(12)(후술하는 도 42 참조)를 사용할 수 있다. 그 결과, 전압 검출 회로(20) 및 통신 회로(24)를 각각 독립으로 안정되게 동작시킬 수 있다.
또한, 전원이 다른 전압 검출 회로(20)와 통신 회로(24)가 각각 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)에 실장된다. 이 경우, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a) 중 적어도 한쪽의 프린트 회로 기판[본 예에서는 제1 프린트 회로 기판(211a)]에 있어서는, 기준 전위가 다른 2개의 접지 패턴(GND1, GND2)을 형성할 필요가 없다. 그로 인해, 한쪽의 프린트 회로 기판에 있어서는, 전자 부품의 실장 영역이 확대됨과 함께 제조가 용이해진다.
제2 프린트 회로 기판(212a)의 제1 실장 영역(10G)에 전압 검출 회로(20)의 구성의 일부를 실장해도 된다. 이 경우, 전압 검출 회로(20)의 실장 영역을 제1 프린트 회로 기판(211a)으로부터 더욱 확대할 수 있다.
도 39의 예에서는, 제2 프린트 회로 기판(212a)에 2개의 접지 패턴(GND1, GND2)이 형성되지만, 제1 프린트 회로 기판(211a)에 2개의 접지 패턴(GND1, GND2)이 형성되어도 된다. 이 경우, 제1 프린트 회로 기판(211a)에 제1 실장 영역(10G), 제2 실장 영역(12G) 및 절연 영역(26)이 형성된다. 또한, 절연 영역(26)에 걸치도록 절연 소자(25)가 실장된다.
(4) 버스 바와 제1 프린트 회로 기판의 접속
다음에, 버스 바(40, 40a)와 제1 프린트 회로 기판(211a)의 접속에 대하여 설명한다. 도 40은, 버스 바(40, 40a)와 제1 프린트 회로 기판(211a)의 접속에 대하여 설명하기 위한 모식적 평면도이다.
도 40에 도시한 바와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a)에는, 전압 검출 회로(20) 및 FPC 기판(50)의 복수의 도체선(52)에 대응한 복수의 접속 단자(22)가 설치된다. 복수의 접속 단자(22)와 전압 검출 회로(20)는 제1 프린트 회로 기판(211a) 상에서 전기적으로 접속된다. FPC 기판(50)의 각 도체선(52)의 타단부는, 예를 들어 납땜 또는 용접에 의해 대응하는 접속 단자(22)에 접속된다. 이와 같이 하여, 각 버스 바(40, 40a)가 PTC 소자(60)를 통하여 전압 검출 회로(20)에 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 각 배터리 셀(10)의 단자간 전압이 검출된다.
적어도 하나의 배터리 모듈(100)에 있어서의 복수의 버스 바(40) 중 하나는 전압 전류 버스 바(40y)로서 사용된다. 도 41은, 전압 전류 버스 바(40y) 및 FPC 기판(50)을 나타내는 확대 평면도이다. 도 41에 도시한 바와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a)은 증폭 회로(410)를 더 갖는다.
전압 전류 버스 바(40y)의 땜납 패턴(H1)은, 도체선(51x), PTC 소자(60), 도체선(52) 및 접속 단자(22)를 통하여 제1 프린트 회로 기판(211a) 상의 증폭 회로(410)의 한쪽 입력 단자에 접속된다. 마찬가지로, 전압 전류 버스 바(40y)의 땜납 패턴(H2)은, 도체선(51x), PTC 소자(60), 도체선(52) 및 접속 단자(22)를 통하여 증폭 회로(410)의 다른 쪽 입력 단자에 접속된다. 증폭 회로(410)의 출력 단자는, 도체선에 의해 전압 검출 회로(20)에 접속된다. 이에 의해, 전압 검출 회로(20)는, 증폭 회로(410)의 출력 전압에 기초하여 땜납 패턴(H1, H2) 사이의 전압을 검출한다.
여기서, 제2 프린트 회로 기판(212a)(도 34 참조)에는, 통신 회로(24)[도 39의 (b) 참조]가 설치된다. 제1 프린트 회로 기판(211a)의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 전압이 제2 프린트 회로 기판(212a)의 통신 회로(24)에 제공된다.
통신 회로(24)는, 전압 검출 회로(20)로부터 제공된 땜납 패턴(H1, H2) 사이의 전압을 메모리에 기억된 션트 저항(RS)의 값으로 제산함으로써 전압 전류 버스 바(40y)에 흐르는 전류의 값을 산출한다. 이와 같이 하여, 배터리 모듈(100)에 흐르는 전류의 값이 검출된다.
상기의 예에서는, 전압 전류 버스 바(40y)에 있어서의 땜납 패턴(H1, H2) 사이에 형성되는 저항이 전류 검출용의 션트 저항(RS)으로서 사용된다. 이에 한정하지 않고, 도 7의 (a)의 2 전극용 버스 바(40)에 있어서의 한 쌍의 설치편(42) 사이에 형성되는 저항이 전류 검출용 션트 저항(RS)으로서 사용되어도 된다. 이 경우, 미리 한 쌍의 설치편(42)의 사이의 션트 저항(RS)의 값이 통신 회로(24)의 메모리에 기억된다. 통신 회로(24)는 전압 검출 회로(20)로부터 제공된 한 쌍의 설치편(42)의 사이의 전압을 메모리에 기억된 션트 저항(RS)의 값으로 제산한다. 이에 의해, 배터리 모듈(100)에 흐르는 전류의 값이 검출된다.
(5) 배터리 시스템의 구성
도 42는 도 34의 배터리 모듈(100)을 사용한 배터리 시스템의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 42에 도시한 바와 같이, 배터리 시스템(500)은, 복수의 배터리 모듈(100)(본 예에서는 4개), 배터리 ECU(Electronic Control Unit: 전자 제어 유닛)(101) 및 콘택터(102)를 포함한다. 배터리 시스템(500)에 있어서, 복수의 배터리 모듈(100)은, 통신선(570)을 통하여 배터리 ECU(101)에 접속되어 있다. 또한, 배터리 ECU(101)는, 버스(104)를 통하여 전동 차량의 주 제어부(300)에 접속되어 있다.
배터리 시스템(500)의 복수의 배터리 모듈(100)은, 전원선(501)을 통하여 서로 접속되어 있다. 각 배터리 모듈(100)은, 복수의 배터리 셀(10), 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)과 함께, 복수(본 예에서는 4개)의 서미스터(11)를 갖는다. 배터리 시스템(500)에 있어서는, 복수의 배터리 모듈(100)의 모든 배터리 셀(10)이 직렬 접속되어 있다. 복수의 배터리 모듈(100)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)에 접속되는 전원선(501) 및 복수의 배터리 모듈(100)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)에 접속되는 전원선(501)은, 콘택터(102)를 통하여 전동 차량의 모터 등의 부하에 접속된다.
도 43은, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)의 구성의 상세를 설명하기 위한 블록도이다. 상술한 바와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a)은 전압 검출 회로(20) 및 균등화 회로(EQ)를 포함하고, 제2 프린트 회로 기판(212a)은 통신 회로(24) 및 절연 소자(25)를 포함한다. 또한, 전압 검출 회로(20)는, 멀티플렉서(20a), A/D 변환기(20b) 및 복수의 차동 증폭기(20c)를 포함한다. 균등화 회로(EQ)는 복수의 저항(R) 및 복수의 스위칭 소자(SW)를 포함한다.
각 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24) 및 배터리 ECU(101)는 통신선(570)을 통하여 직렬로 접속된다. 이에 의해, 각 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)는, 다른 배터리 모듈(100) 및 배터리 ECU(101)와 통신을 행할 수 있다. 통신선(570)으로서는, 예를 들어 하네스가 사용된다.
도 43에 도시한 바와 같이, 이웃하는 각 2개의 버스 바(40, 40a) 사이에는, 저항(R) 및 스위칭 소자(SW)의 직렬 회로가 균등화 회로(EQ)로서 접속된다. 스위칭 소자(SW)의 온 및 오프는, 통신 회로(24)를 통하여 배터리 ECU(101)에 의해 제어된다. 이에 의해, 복수의 배터리 셀(10)의 균등화 처리가 행해진다. 또한, 통상 상태에서는, 스위칭 소자(SW)는 오프로 되어 있다.
각 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)는, 셀 정보를 다른 배터리 모듈(100) 또는 배터리 ECU(101)에 제공한다.
배터리 ECU(101)는, 예를 들어 각 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)로부터 제공된 셀 정보에 기초하여 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출하고, 그 충전량에 기초하여 각 배터리 모듈(100)의 충방전 제어를 행한다. 또한, 배터리 ECU(101)는 각 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)로부터 제공된 셀 정보에 기초하여 각 배터리 모듈(100)의 이상을 검출한다. 배터리 모듈(100)의 이상이라 함은, 예를 들어, 배터리 셀(10)의 과방전, 과충전 또는 온도 이상 등이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 배터리 ECU(101)가 상기한 각 배터리 셀(10)의 충전량의 산출 및 배터리 셀(10)의 과방전, 과충전 및 온도 이상 등의 검출을 행하지만, 이에 한정되지 않는다. 각 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)가, 각 배터리 셀(10)의 충전량의 산출 및 배터리 셀(10)의 과방전, 과충전 또는 온도 이상 등의 검출을 행하고, 그 결과를 배터리 ECU(101)에 제공해도 된다. 또한, 통신 회로(24)가 균등화 회로(EQ)를 제어함으로써 균등화 처리를 행해도 된다.
도 42에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(100)에 접속된 전원선(501)에는, 콘택터(102)가 개재 삽입되어 있다. 배터리 ECU(101)는, 배터리 모듈(100)의 이상을 검출한 경우, 콘택터(102)를 오프한다. 이에 의해, 이상시에는, 각 배터리 모듈(100)에 전류가 흐르지 않으므로, 배터리 모듈(100)의 이상 발열이 방지된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 배터리 ECU(101)가 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어하지만, 이에 한정되지 않는다. 통신 회로(24)가 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어해도 된다.
배터리 ECU(101)는 버스(104)를 통하여 주 제어부(300)에 접속된다. 배터리 ECU(101)로부터 주 제어부(300)에 각 배터리 모듈(100)의 충전량[배터리 셀(10)의 충전량]이 제공된다.
본 실시 형태에 있어서, 통신 회로(24)는, 전압 검출 회로(20)의 검출 결과에 기초하여 SOH[State Of Health: 배터리 셀(10)의 수명] 및 SOC(State Of Charge: 충전 상태) 등의 정보를 산출하는 기능을 가져도 된다. 이 경우, 통신 회로(24)는, 산출한 SOH 및 SOC를 배터리 ECU(101)에 송신한다.
(6) 배터리 시스템의 제1 배치예
도 44는, 제12 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)의 제1 배치예를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 44의 배터리 시스템(500)은, 4개의 배터리 모듈(100), 배터리 ECU(101), 콘택터(102), HV 커넥터(520) 및 서비스 플러그(530)를 구비한다. 각 배터리 모듈(100)은, 도 34의 배터리 모듈(100)과 같은 구성을 갖는다.
이하의 설명에 있어서, 4개의 배터리 모듈(100)을 각각 배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d)이라고 부른다. 또한, 배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d)에 각각 설치되는 한 쌍의 단부면 프레임(92) 중, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a) 및 기판 홀더(95)가 설치되는 단부면 프레임(92)을 단부면 프레임(92A)이라고 부르고, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)이 설치되지 않는 단부면 프레임(92)을 단부면 프레임(92B)이라고 부른다.
배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d), 배터리 ECU(101), 콘택터(102), HV 커넥터(520) 및 서비스 플러그(530)는 상자형의 케이싱(550) 내에 수용된다.
케이싱(550) 내에 있어서, 배터리 모듈(100a, 100b)은, 소정의 간격으로 일렬로 배열되도록 배치된다. 이 경우, 배터리 모듈(100a)의 단부면 프레임(92B)과 배터리 모듈(100b)의 단부면 프레임(92A)이 서로 마주 향하도록, 배터리 모듈(100a, 100b)이 배치된다.
배터리 모듈(100c, 100d)은 소정의 간격으로 일렬로 배열되도록 배치된다. 이 경우, 배터리 모듈(100c)의 단부면 프레임(92A)과 배터리 모듈(100d)의 단부면 프레임(92B)이 서로 마주 향하도록, 배터리 모듈(100a, 100b)이 배치된다.
이하, 일렬로 배열되도록 배치된 배터리 모듈(100a, 100b)을 모듈열(T1)이라고 부르고, 일렬로 배열되도록 배치된 배터리 모듈(100c, 100d)을 모듈열(T2)이라고 부른다.
케이싱(550) 내에 있어서, 측벽(550a)을 따라 모듈열(T1)이 배치되고, 모듈열(T1)과 병렬로 모듈열(T2)이 배치된다. 모듈열(T1)의 배터리 모듈(100a)의 단부면 프레임(92A)이 측벽(550d)으로 향하게 되고, 배터리 모듈(100b)의 단부면 프레임(92B)이 측벽(550b)으로 향하게 된다. 또한, 모듈열(T2)의 배터리 모듈(100c)의 단부면 프레임(92B)이 측벽(550d)으로 향하게 되고, 배터리 모듈(100d)의 단부면 프레임(92A)이 측벽(550b)으로 향하게 된다.
모듈열(T2)과 측벽(550c) 사이의 영역에, 배터리 ECU(101), 서비스 플러그(530), HV 커넥터(520) 및 콘택터(102)가 이 순서로 측벽(550d)으로부터 측벽(550b)으로 배열되도록 배치된다.
배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d)의 각각에 있어서, 단부면 프레임(92A)에 이웃하는 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)(도 36)의 전위가 가장 높고, 단부면 프레임(92B)에 이웃하는 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)(도 35)의 전위가 가장 낮다. 이하, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)에 있어서 가장 전위가 높은 플러스 전극(10a)을 고전위 전극(10A)이라고 부르고, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)에 있어서 가장 전위가 낮은 마이너스 전극(10b)을 저전위 전극(10B)이라고 부른다.
배터리 모듈(100a)의 저전위 전극(10B)과 배터리 모듈(100b)의 고전위 전극(10A)은, 도 42의 배터리 모듈(100) 사이를 접속하는 전원선(501)으로서 띠 형상의 버스 바(501a)를 통하여 서로 접속된다. 배터리 모듈(100c)의 고전위 전극(10A)과 배터리 모듈(100d)의 저전위 전극(10B)은, 도 42의 배터리 모듈(100) 사이를 접속하는 전원선(501)으로서 띠 형상의 버스 바(501a)를 통하여 서로 접속된다. 또한, 버스 바(501a) 대신에, 하네스 또는 리드선 등의 다른 접속 부재가 사용되어도 된다.
배터리 모듈(100a)의 고전위 전극(10A)은 도 42의 배터리 모듈(100) 사이를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D1)을 통하여 서비스 플러그(530)에 접속되고, 배터리 모듈(100c)의 저전위 전극(10B)은 도 42의 배터리 모듈(100) 사이를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D2)을 통하여 서비스 플러그(530)에 접속된다. 서비스 플러그(530)가 온된 상태에서는, 배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d)이 직렬 접속된다. 이 경우, 배터리 모듈(100d)의 고전위 전극(10A)의 전위가 가장 높고, 배터리 모듈(100b)의 저전위 전극(10B)의 전위가 가장 낮다.
배터리 모듈(100b)의 저전위 전극(10B)은 도 42의 배터리 모듈(100)과 콘택터(102)를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D3)을 통하여 콘택터(102)에 접속되고, 배터리 모듈(100d)의 고전위 전극(10A)은 도 42의 배터리 모듈(100)과 콘택터(102)를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D4)을 통하여 콘택터(102)에 접속된다. 콘택터(102)는, 도 42의 콘택터(102)로부터 외부로 연장되는 전원선(501)으로서 전원선(D5, D6)을 통하여 HV 커넥터(520)에 접속된다. HV 커넥터(520)는 전동 차량의 모터 등의 부하에 접속된다.
콘택터(102)가 온된 상태에서는, 배터리 모듈(100b)이 전원선(D3, D5)을 통하여 HV 커넥터(520)에 접속됨과 함께, 배터리 모듈(100d)이 전원선(D4, D6)을 통하여 HV 커넥터(520)에 접속된다. 그에 의해, 배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d)로부터 부하에 전력이 공급된다. 또한, 콘택터(102)가 온된 상태에서, 배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d)의 충전이 행해진다.
콘택터(102)가 오프되면, 배터리 모듈(100b)과 HV 커넥터(520)의 접속 및 배터리 모듈(100d)과 HV 커넥터(520)의 접속이 차단된다.
배터리 모듈(100a)의 제2 프린트 회로 기판(212a)(도 34)과 배터리 모듈(100b)의 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 통신선(P11)을 통하여 서로 접속된다. 배터리 모듈(100a)의 제2 프린트 회로 기판(212a)과 배터리 모듈(100c)의 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 통신선(P12)을 통하여 서로 접속된다. 배터리 모듈(100c)의 제2 프린트 회로 기판(212a)과 배터리 모듈(100d)의 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 통신선(P13)을 통하여 서로 접속된다. 배터리 모듈(100b)의 제2 프린트 회로 기판(212a)은 통신선(P14)을 통하여 배터리 ECU(101)에 접속된다. 통신선(P11 내지 P14)은 도 42의 통신선(570)에 상당한다. 통신선(P11 내지 P14)에 의해 버스가 구성된다.
배터리 모듈(100a)의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 셀 정보는, 통신선(P11, P14)을 통하여 배터리 ECU(101)에 제공된다. 또한, 배터리 ECU(101)로부터 통신선(P14, P11)을 통하여 배터리 모듈(100a)의 제2 프린트 회로 기판(212a)에 소정의 제어 신호가 제공된다.
배터리 모듈(100b)의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 셀 정보는, 통신선(P14)을 통하여 배터리 ECU(101)에 제공된다. 또한, 배터리 ECU(101)로부터 통신선(P14)을 통하여 배터리 모듈(100b)의 제2 프린트 회로 기판(212a)에 소정의 제어 신호가 제공된다.
배터리 모듈(100c)의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 셀 정보는, 통신선(P12, P11, P14)을 통하여 배터리 ECU(101)에 제공된다. 또한, 배터리 ECU(101)로부터 통신선(P14, P11, P12)을 통하여 배터리 모듈(100c)의 제2 프린트 회로 기판(212a)에 소정의 제어 신호가 제공된다.
배터리 모듈(100d)의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 셀 정보는, 통신선(P13, P12, P11, P14)을 통하여 배터리 ECU(101)에 제공된다. 또한, 배터리 ECU(101)로부터 통신선(P14, P11, P12, P13)을 통하여 배터리 모듈(100d)의 제2 프린트 회로 기판(212a)에 소정의 제어 신호가 제공된다.
(7) 배터리 시스템의 제2 배치예
복수의 배터리 모듈(100)을 포함하는 배터리 시스템(500)에 있어서는, 복수의 배터리 모듈(100) 중 일부의 배터리 모듈(100)이 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 갖고, 다른 배터리 모듈(100)이 제1 프린트 회로 기판(211a)만을 가져도 된다.
또한, 복수의 배터리 모듈(100) 중 일부의 배터리 모듈(100)이 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 갖고, 다른 배터리 모듈(100) 중 일부 또는 전부가 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)의 양쪽의 회로 기판을 갖지 않아도 된다.
도 45는, 제12 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)의 제2 배치예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 45의 예에서는, 배터리 시스템(500)을 구성하는 4개의 배터리 모듈(100a, 100b, 100c, 100d) 중 1개의 배터리 모듈(100a)에 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되고, 다른 3개의 배터리 모듈(100b, 100c, 100d)에는 제1 프린트 회로 기판(211a)만이 설치된다.
(8) 배터리 시스템의 제3 배치예
도 42의 예에서는, 배터리 시스템(500)은 4개의 배터리 모듈(100)을 구비하지만, 배터리 시스템(500)은 2개의 배터리 모듈(100)을 구비해도 된다.
도 46은, 제12 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)의 제3 배치예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 46의 예에서는, 배터리 시스템(500)이 2개의 배터리 모듈(100)을 구비한다. 배터리 시스템(500)의 제3 배치예에 대하여, 배터리 시스템(500)의 제1 배치예(도 44)와 상이한 점을 설명한다.
도 46에 도시한 바와 같이, 이 배터리 시스템(500)에 있어서는, 케이싱(550) 내에 모듈열(T1)이 설치되고, 도 44의 모듈열(T2)은 설치되지 않는다. 모듈열(T1)과 측벽(550c) 사이의 영역에, 배터리 ECU(101), 서비스 플러그(530), HV 커넥터(520) 및 콘택터(102)가 이 순서로 측벽(550d)으로부터 측벽(550b)으로 배열되도록 배치된다.
배터리 모듈(100b)의 고전위 전극(10A)은 도 42의 배터리 모듈(100) 사이를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D11)을 통하여 서비스 플러그(530)에 접속되고, 배터리 모듈(100a)의 저전위 전극(10B)은 도 42의 배터리 모듈(100) 사이를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D12)을 통하여 서비스 플러그(530)에 접속된다.
서비스 플러그(530)가 온된 상태에서는, 배터리 모듈(100a, 100b)이 직렬 접속된다. 이 경우, 배터리 모듈(100a)의 고전위 전극(10A)의 전위가 가장 높고, 배터리 모듈(100b)의 저전위 전극(10B)의 전위가 가장 낮다.
서비스 플러그(530)가 오프된 경우에는, 배터리 모듈(100a)과 배터리 모듈(100b)이 전기적으로 분리된다. 그로 인해, 유지 보수시에 배터리 시스템(500) 내에 높은 전압이 발생하는 것이 방지된다.
배터리 모듈(100b)의 저전위 전극(10B)은 도 42의 배터리 모듈(100)과 콘택터(102)를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D13)을 통하여 콘택터(102)에 접속되고, 배터리 모듈(100a)의 고전위 전극(10A)은 도 42의 배터리 모듈(100)과 콘택터(102)를 접속하는 전원선(501)으로서 전원선(D14)을 통하여 콘택터(102)에 접속된다.
콘택터(102)가 온된 상태에서는, 배터리 모듈(100b)이 전원선(D13, D5)을 통하여 HV 커넥터(520)에 접속됨과 함께, 배터리 모듈(100a)이 전원선(D14, D6)을 통하여 HV 커넥터(520)에 접속된다. 즉, 배터리 모듈(100a, 100b)과 HV 커넥터(520)에 접속된 부하가 직렬 회로를 형성한다. 그에 의해, 배터리 모듈(100a, 100b)로부터 부하에 전력이 공급된다. 또한, 콘택터(102)가 온된 상태에서, 배터리 모듈(100a, 100b)의 충전이 행해진다.
콘택터(102)가 오프되면, 배터리 모듈(100b)과 HV 커넥터(520)의 접속 및 배터리 모듈(100a)과 HV 커넥터(520)의 접속이 차단된다.
배터리 모듈(100a)의 제2 프린트 회로 기판(212a)(도 34)과 배터리 모듈(100b)의 제2 프린트 회로 기판(212a)은 통신선(P21)을 통하여 서로 접속된다. 배터리 모듈(100b)의 제2 프린트 회로 기판(212a)은 통신선(P22)을 통하여 배터리 ECU(101)에 접속된다. 통신선(P21, P22)은 도 42의 통신선(570)에 상당한다. 통신선(P21, P22)에 의해 버스가 구성된다.
배터리 모듈(100a)의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 셀 정보는, 통신선(P21, P22)을 통하여 배터리 ECU(101)에 제공된다. 또한, 배터리 ECU(101)로부터 통신선(P22, P21)을 통하여 배터리 모듈(100a)의 제2 프린트 회로 기판(212a)에 소정의 제어 신호가 제공된다.
배터리 모듈(100b)의 전압 검출 회로(20)에 의해 검출된 셀 정보는, 통신선(P22)을 통하여 배터리 ECU(101)에 제공된다. 또한, 배터리 ECU(101)로부터 통신선(P22)을 통하여 배터리 모듈(100b)의 제2 프린트 회로 기판(212a)에 소정의 제어(1) 신호가 제공된다.
(9) 제12 실시 형태의 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)에 있어서는, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이, 배터리 블록(10BB)의 일단부면 상 및 그에 평행한 면 상에 적층되도록 설치된다. 이 경우, Y 방향 및 Z 방향에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해, Y 방향 및 Z 방향에 있어서 배터리 모듈(100)의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 용이하게 배터리 모듈(100)을 설치할 수 있다. 그 결과, 배터리 시스템(500) 및 배터리 시스템(500)을 구비하는 전동 차량의 설계의 자유도가 향상된다.
또한, 배터리 블록(10BB)의 일단부면은, 단부면 프레임(92)에 의해 구성된다. 따라서, 단부면 프레임(92)에 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)을 확실하게 고정할 수 있다.
배터리 모듈(100)에 2매의 회로 기판[제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)]이 설치된다. 이에 의해, 배터리 모듈(100)의 단부면의 크기에 관계없이 전자 회로의 실장 영역을 충분히 확대할 수 있다.
제1 프린트 회로 기판(211a)에 전압 검출 회로(20)가 실장되고, 제2 프린트 회로 기판(212a)에 통신 회로(24)가 실장된다. 이 경우, 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수를 증가시키는 경우에, 제1 프린트 회로 기판(211a)을 교환함으로써, 복수의 배터리 셀(10)의 단자간 전압을 검출하는 것이 가능하다.
예를 들어, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)이 배터리 블록(10BB)의 상면, 일측면 및 타측면 중 어느 하나에 설치되는 경우에는, 배터리 블록(10BB)의 상면, 일측면 및 타측면 중 어느 하나에 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 설치하기 위한 나사 구멍을 형성할 필요가 있다. 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수가 변경되는 경우에는, X 방향에 있어서의 배터리 블록(10BB)의 크기가 변화한다. 그로 인해, 배터리 블록(10BB)의 상면, 일측면 및 타측면 중 어느 하나에 새로운 나사 구멍을 형성해야만 한다.
한편, 본 실시 형태에 있어서, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)이 설치되는 배터리 블록(10BB)의 일단부면의 크기는 변화하지 않는다. 그로 인해, 복수의 배터리 셀(10)의 수가 변경되는 경우라도, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 설치하기 위한 나사 구멍을 새롭게 형성할 필요가 없다. 이에 의해, 다른 사양의 배터리 모듈(100)을 공통의 부품을 사용하여 제조할 수 있다.
배터리 블록(10BB)의 상면에 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되는 경우에는, 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)가 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)에 의해 덮인다. 이 경우, 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)로부터 배출되는 가스를 원활하게 외부로 유도하기 위한 구조를 배터리 블록(10BB)의 상면에 설치할 필요가 있다.
이에 대하여, 본 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)에 있어서는, 배터리 블록(10BB)의 상면에 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되지 않는다. 그로 인해, 배터리 블록(10BB)의 상면에 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)로부터 배출되는 가스를 외부로 유도하기 위한 구조를 설치할 필요가 없다.
X 방향에 있어서는, 통신 회로(24)가 실장된 제2 프린트 회로 기판(212a)이 제1 프린트 회로 기판(211a)의 일면(211A) 상에 설치된다. 이 경우, 제2 프린트 회로 기판(212a)의 커넥터(29)에 용이하게 통신선(570)을 접속할 수 있다.
또한, X 방향에 있어서, 제2 프린트 회로 기판(212a)이 한쪽의 단부면 프레임(92)의 일면 상에 설치되고, 제1 프린트 회로 기판(211a)이 제2 프린트 회로 기판(212a)의 일면(212A) 상에 설치되어도 된다. 이 경우, 제1 프린트 회로 기판(211a)에 실장된 복수의 저항(R)이 발열하는 경우에도, 효율적으로 복수의 저항(R)이 방열된다.
[13] 제13 실시 형태
이하, 제13 실시 형태에 관한 배터리 모듈에 대하여, 제12 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 배터리 모듈의 구조
도 47은, 제13 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)의 평면도이다. 도 47에 굵은 점선으로 나타낸 바와 같이, 이 배터리 모듈(100)에 있어서는, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 각각 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 YZ 방향에 평행한 일면 상에 설치된다. 이에 의해, 제1 프린트 회로 기판(211a)은 배터리 블록(10BB)의 일단부면 상에 설치되고, 제2 프린트 회로 기판(212a)은 복수의 배터리 셀(10)을 통하여 배터리 블록(10BB)의 일단부면에 대향하는 타단부면 상에 설치된다. 이와 같이, 본 실시 형태에 있어서도, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 서로 다른 면 상에 설치된다.
(2) 배터리 시스템의 배치예
도 48은, 제13 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)의 배치예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 48의 배터리 시스템(500)에 대하여, 도 44의 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
도 48의 설명에 있어서는, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)의 고전위 전극(10A)을 포함하는 배터리 셀(10)에 이웃하는 단부면 프레임(92)을 단부면 프레임(92A)이라고 부르고, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)의 저전위 전극(10B)을 포함하는 배터리 셀(10)에 이웃하는 단부면 프레임(92)을 단부면 프레임(92B)이라고 부른다.
이 배터리 시스템(500)에 있어서는, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)의 단부면 프레임(92A)에 통신 회로(24)가 실장된 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치된다. 또한, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)의 단부면 프레임(92B)에 전압 검출 회로(20)가 실장된 제1 프린트 회로 기판(211a)이 설치된다. 배터리 모듈(100a 내지 100d) 사이의 전원선 및 통신선의 접속은 도 44의 예와 같다.
(3) 제13 실시 형태의 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)에 있어서는, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이, 배터리 블록(10BB)의 일단부면 상 및 타단부면 상에 각각 설치된다.
이 경우, Y 방향 및 Z 방향에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해, Y 방향 및 Z 방향에 있어서 배터리 모듈(100)의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 용이하게 배터리 모듈(100)을 설치할 수 있다. 그 결과, 배터리 시스템(500) 및 배터리 시스템(500)을 구비하는 전동 차량의 설계의 자유도가 향상된다.
또한, 배터리 블록(10BB)의 일단부면 및 타단부면은, 각각 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 일면에 의해 구성된다. 따라서, 한 쌍의 단부면 프레임(92)에 각각 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)을 확실하게 고정할 수 있다.
또한, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 각각 단부면 프레임(92)에 설치되므로, 배터리 블록(10BB)에 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)을 설치하기 위한 새로운 부재(제12 실시 형태에 있어서의 기판 홀더(95))을 사용할 필요가 없어진다. 그 결과, 구성이 단순해지고, 제조 효율이 향상된다.
제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)이 각각 배터리 블록(10BB)의 일단부면 및 타단부면에 배치되므로, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a)의 유지 보수가 용이해진다.
[14] 제14 실시 형태
이하, 제14 실시 형태에 관한 배터리 모듈에 대하여, 제12 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)과 상이한 점을 설명한다.
(1) 배터리 모듈의 구조
도 49는 제14 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)의 외관 사시도이다. 도 49에 도시한 바와 같이, 이 배터리 모듈(100)에 있어서는, 한 쌍의 단부면 프레임(92) 중 한쪽 단부면 프레임(92)의 YZ 방향에 평행한 일면 상에 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되고, XY 평면에 평행한 배터리 블록(10BB)의 상면에 제1 프린트 회로 기판(211a)이 설치된다. 즉, 제2 프린트 회로 기판(212a)은 배터리 블록(10BB)의 일단부면 상에 설치되고, 제1 프린트 회로 기판(211a)은 배터리 블록(10BB)의 상면에 설치된다. 이와 같이, 본 실시 형태에 있어서도, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)은, 배터리 블록(10BB)에 있어서의 서로 다른 면 상에 설치된다. 상세한 것을 설명한다.
이하의 설명에 있어서는, 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되는 한쪽의 단부면 프레임(92)에 이웃하는 배터리 셀(10)로부터 다른 쪽의 단부면 프레임(92)에 이웃하는 배터리 셀(10)까지를 1번째 내지 18번째의 배터리 셀(10)이라고 부른다.
도 49의 예에서는, 1번째부터 5번째까지의 각 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 마이너스 전극(10b) 사이에, 직사각 형상을 갖는 제1 프린트 회로 기판(211a)이 XY 평면에 평행하게 배치된다. 제1 프린트 회로 기판(211a)은, X 방향에 평행한 한 쌍의 측변 및 Y 방향에 평행한 한 쌍의 단부변을 갖는다. 제1 프린트 회로 기판(211a)의 한 쌍의 측변에, 1번째부터 5번째까지의 배터리 셀(10)에 설치된 버스 바(40, 40a)가 소정의 간격으로 접속된다.
6번째부터 18번째까지의 각 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 마이너스 전극(10b) 사이에, 2매의 FPC 기판(50)이 Y 방향으로 배열되도록 배치된다. 2매의FPC 기판(50)은, X 방향으로 연장되어 있다. 2매의 FPC 기판(50)은, 각각 X 방향에 평행한 한 쌍의 측변을 갖는다. 한쪽의 FPC 기판(50)에 있어서, 다른 쪽의 FPC 기판(50)과 반대측 측변에는, 복수의 버스 바(40, 40a)가 소정의 간격으로 배열되도록 접속된다. 마찬가지로, 다른 쪽 FPC 기판(50)에 있어서, 한쪽의 FPC 기판(50)과 반대측 측변에는, 복수의 버스 바(40, 40a)가 소정의 간격으로 배열되도록 접속된다. 각 FPC 기판(50)은 제1 프린트 회로 기판(211a)에 접속된다.
제1 프린트 회로 기판(211a)과 제2 프린트 회로 기판(212a)이, 접속선을 포함하는 FPC 기판(50a)에 의해 서로 접속된다.
상술한 바와 같이, 각 배터리 셀(10)의 상면 부분의 중앙에는 가스 배출 밸브(10v)(도 34 및 도 35 참조)가 형성되어 있다. 도 49의 배터리 모듈(100)에 있어서는, 가스 배출 밸브(10v)로부터 배출되는 가스를 확산시키지 않고 외부로 유도하기 위하여, 가스 덕트(GD)가 설치된다. 가스 덕트(GD)는 단면 오목 형상의 길이 형상을 갖고, 모든 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)(도 34 및 도 35 참조)를 덮도록 설치된다.
(2) 제1 프린트 회로 기판의 설치 구조
도 50은, 도 49의 제1 프린트 회로 기판(211a)의 설치 구조를 도시하는 도면이다. 도 50에 도 49의 배터리 모듈(100)의 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 50에서는, 도 49의 FPC 기판(50a)의 도시는 생략한다.
제1 프린트 회로 기판(211a)의 네 코너 및 Y 방향에 평행한 한 쌍의 단부변의 중앙부 근방에는, 도시하지 않은 관통 구멍이 형성된다. 각 배터리 셀(10)의 상면에는, 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)을 지지하는 돌출부(10s)가 설치된다. 각 돌출부(10s)의 상단부에는 도시하지 않은 나사 구멍이 형성된다. 또한, 가스 덕트(GD)의 상단부에도 도시하지 않은 나사 구멍이 형성된다. 제1 프린트 회로 기판(211a)에 형성된 복수의 관통 구멍과 돌출부(10s) 및 가스 덕트(GD)의 나사 구멍이 겹치도록 배터리 셀(10)의 상면 상에 제1 프린트 회로 기판(211a)이 위치 결정된다. 이 상태에서, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 관통 구멍을 통하여 돌출부(10s) 및 가스 덕트(GD)의 나사 구멍에 나사(N)가 설치된다. 이에 의해, 도 49 및 도 50에 도시한 바와 같이, 복수의 배터리 셀(10)의 상면 상에 제1 프린트 회로 기판(211a)이 고정된다.
(3) 배터리 시스템의 배치예
도 51은, 제14 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)의 배치예를 도시하는 모식적 평면도이다. 도 51의 설명에 있어서도, 제13 실시 형태와 마찬가지로, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)의 고전위 전극(10A)을 포함하는 배터리 셀(10)에 이웃하는 단부면 프레임(92)을 단부면 프레임(92A)이라고 부르고, 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)의 저전위 전극(10B)을 포함하는 배터리 셀(10)에 이웃하는 단부면 프레임(92)을 단부면 프레임(92B)이라고 부른다.
도 51에 도시한 바와 같이, 이 배터리 시스템(500)은, 제1 프린트 회로 기판(211a)이 각 배터리 모듈(100a 내지 100d)의 상면에 설치되는 점을 제외하고, 도 48의 배터리 시스템(500)과 같은 구성을 갖는다.
(4) 제14 실시 형태의 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 모듈(100)에 있어서는, 제2 프린트 회로 기판(212a)이 배터리 블록(10BB)의 일단부면에 설치되고, 제1 프린트 회로 기판(211a)이 배터리 블록(10BB) 상면에 설치된다.
이 경우, Y 방향에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해, Y 방향에 있어서 배터리 모듈(100)의 설치 공간에 여유가 없는 경우라도, 용이하게 배터리 모듈(100)을 설치할 수 있다.
또한, 이 경우, X 방향 및 Z 방향에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가를 최소한으로 억제할 수 있다. 이에 의해, X 방향 및 Z 방향에 있어서, 배터리 모듈(100)의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 배터리 모듈(100)을 설치할 수 있다. 이들의 결과, 배터리 시스템(500) 및 배터리 시스템(500)을 구비하는 전동 차량의 설계의 자유도가 향상된다.
본 실시 형태에 있어서도, 제1 프린트 회로 기판(211a)에 전압 검출 회로(20)가 실장되고, 제2 프린트 회로 기판(212a)에 통신 회로(24)가 실장된다. 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수를 증가시키는 경우에는, 복수의 배터리 셀(10)의 수에 따른 전압 검출 회로(20)가 필요하다. 그로 인해, 제1 프린트 회로 기판(211a)을 교환함으로써, 복수의 배터리 셀(10)의 단자간 전압을 검출하는 것이 가능해진다. 이 경우, 제1 프린트 회로 기판(211a)이 배터리 블록(10BB)의 상면에 설치되므로, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 교환 작업이 용이하다.
한편, 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수가 증가해도, 통신 회로(24)의 구성을 변경할 필요는 없다. 그로 인해, 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수를 증가시키는 경우에, 제2 프린트 회로 기판(212a)을 교환할 필요는 없다.
이와 같이, 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수를 증가시키는 경우에는, 제1 프린트 회로 기판(211a)을 용이하게 교환할 수 있고 또한 제2 프린트 회로 기판(212a)을 교환할 필요가 없다. 따라서, 각 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 수를 용이하게 변경할 수 있다.
(5) 제14 실시 형태에 있어서의 변형예
배터리 모듈(100)은 가스 덕트(GD)를 갖지 않아도 된다. 이 경우, 제1 프린트 회로 기판(211a)은 배터리 셀(10)의 돌출부(10s)에 설치된다. 제1 프린트 회로 기판(211a)은, 1번째부터 5번째까지의 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)(도 34 및 도 35 참조)를 덮도록 배치된다. 따라서, 제1 프린트 회로 기판(211a)에 있어서는, 각 가스 배출 밸브(10v)에 대향하는 위치에 관통 구멍을 형성한다. 이에 의해, 1번째부터 5번째까지의 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)로부터 배출되는 가스가, 제1 프린트 회로 기판(211a)의 관통 구멍을 통하여 원활하게 외부로 유도된다.
한 쌍의 단부면 프레임(92) 중 한쪽의 단부면 프레임(92)에, 제1 프린트 회로 기판(211a)이 설치되고, 배터리 블록(10BB)의 상면에 제2 프린트 회로 기판(212a)이 설치되어도 된다. 이 경우, 제2 프린트 회로 기판(212a)의 커넥터(29)[도 39의 (b)]에 통신선(570)을 용이하게 접속할 수 있다. 그에 의해, 배터리 시스템(500)의 조립이 용이해진다.
상술한 바와 같이, 제1 프린트 회로 기판(211a)은, 1번째부터 5번째까지의 각 배터리 셀(10)의 가스 배출 밸브(10v)(도 34 및 도 35 참조)를 덮도록 배치된다. 이에 한정하지 않고, 제1 프린트 회로 기판(211a)은, 모든 배터리 셀(10)[1번째부터 18번째까지의 배터리 셀(10)]의 가스 배출 밸브(10v)를 덮도록 형성되어도 된다. 또한, 제1 프린트 회로 기판(211a)은, 배터리 블록(10BB)의 상면 전체를 덮도록 형성되어도 된다.
[15] 제15 실시 형태
이하, 제15 실시 형태에 관한 전동 차량에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 전동 차량은, 제1 내지 제14 어느 하나의 실시 형태에 관한 배터리 시스템을 구비한다. 또한, 이하에서는, 전동 차량의 일례로서 전동 자동차를 설명한다.
도 52는, 배터리 시스템(500)을 구비하는 전동 자동차의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 52에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전동 자동차(600)는, 배터리 시스템(500), 주 제어부(300) 및 비동력용 배터리(12), 기동 신호 발생부(301), 전력 변환부(601), 모터(602), 구동륜(603), 액셀러레이터 장치(604), 브레이크 장치(605), 및 회전 속도 센서(606)를 포함한다. 모터(602)가 교류(AC) 모터인 경우에는, 전력 변환부(601)는 인버터 회로를 포함한다.
본 실시 형태에 있어서, 상기한 바와 같이, 배터리 시스템(500)에는, 비동력용 배터리(12) 및 기동 신호 발생부(301)가 접속된다. 또한, 배터리 시스템(500)은, 전력 변환부(601)를 통하여 모터(602)에 접속됨과 함께, 주 제어부(300)에 접속된다. 상술한 바와 같이, 주 제어부(300)에는, 배터리 시스템(500)의 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)(도 1 참조) 또는 배터리 ECU(101)(도 42 참조)로부터 복수의 배터리 모듈(100M, 100)(도 1 또는 도 34 참조)의 셀 정보가 제공된다. 또한, 주 제어부(300)에는, 기동 신호 발생부(301), 액셀러레이터 장치(604), 브레이크 장치(605) 및 회전 속도 센서(606)가 접속된다. 주 제어부(300)는, 예를 들어 CPU 및 메모리, 또는 마이크로컴퓨터로 이루어진다.
액셀러레이터 장치(604)는 전동 자동차(600)가 구비하는 액셀러레이터 페달(604a)과, 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량(답입량)을 검출하는 액셀러레이터 검출부(604b)를 포함한다. 운전자에 의해 액셀러레이터 페달(604a)이 조작되면, 액셀러레이터 검출부(604b)는 운전자에 의해 조작되어 있지 않은 상태를 기준으로 하여 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량을 검출한다. 검출된 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량이 주 제어부(300)에 제공된다.
기동 신호 발생부(301)는 전동 자동차(600)가 기동할 때에 기동 신호를 발생한다. 기동 신호는 배터리 시스템(500) 및 주 제어부(300)에 제공된다.
브레이크 장치(605)는 전동 자동차(600)가 구비하는 브레이크 페달(605a)과, 운전자에 의한 브레이크 페달(605a)의 조작량(답입량)을 검출하는 브레이크 검출부(605b)를 포함한다. 운전자에 의해 브레이크 페달(605a)이 조작되면, 브레이크 검출부(605b)에 의해 그 조작량이 검출된다. 검출된 브레이크 페달(605a)의 조작량이 주 제어부(300)에 제공된다.
회전 속도 센서(606)는 모터(602)의 회전 속도를 검출한다. 검출된 회전 속도는 주 제어부(300)에 제공된다.
주 제어부(300)는, 기동 신호 발생부(301)로부터의 기동 신호를 검출함으로써 기동한다. 또한, 상기와 같이, 주 제어부(300)에는, 배터리 모듈(100M, 100)의 셀 정보, 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량, 브레이크 페달(605a)의 조작량 및 모터(602)의 회전 속도가 제공된다. 주 제어부(300)는, 이들 정보에 기초하여, 배터리 모듈(100M, 100)의 충방전 제어 및 전력 변환부(601)의 전력 변환 제어를 행한다.
예를 들어, 액셀러레이터 조작에 기초하는 전동 자동차(600)의 발진시 및 가속시에는, 배터리 시스템(500)으로부터 전력 변환부(601)에 배터리 모듈(100M, 100)의 전력이 공급된다.
또한, 주 제어부(300)는, 제공된 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량에 기초하여, 구동륜(603)에 전달해야 할 회전력(명령 토크)을 산출하고, 그 명령 토크에 기초하는 제어 신호를 전력 변환부(601)에 제공한다.
상기한 제어 신호를 받은 전력 변환부(601)는, 배터리 시스템(500)으로부터 공급된 전력을, 구동륜(603)을 구동하기 위하여 필요한 전력(구동 전력)으로 변환한다. 이에 의해, 전력 변환부(601)에 의해 변환된 구동 전력이 모터(602)에 공급되고, 그 구동 전력에 기초하는 모터(602)의 회전력이 구동륜(603)에 전달된다.
한편, 브레이크 조작에 기초하는 전동 자동차(600)의 감속시에는, 모터(602)는 발전 장치로서 기능한다. 이 경우, 전력 변환부(601)는, 모터(602)에 의해 발생된 회생 전력을 배터리 모듈(100M, 100)의 충전에 적합한 전력으로 변환하고, 배터리 모듈(100M, 100)에 제공한다. 그에 의해, 배터리 모듈(100M, 100)이 충전된다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전동 자동차(600)에는, 제1 내지 제14 중 어느 하나의 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)이 설치된다. 이에 의해, 전동 자동차(600)에 있어서의 배선을 단순화함과 함께, 전동 자동차(600)를 소형화하는 것이 가능해진다. 또한, 배터리 모듈(100M, 100)의 설치 공간의 제한이 완화된다. 따라서, 전동 자동차(600)의 설계의 자유도가 향상하고, 제조가 용이하게 된다.
[16] 다른 실시 형태
(1) 상기 제1 내지 제11 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 있어서는, 주 회로 기판(21)의 제어 관련 회로(2)가 전류 검출 회로(210), 총 전압 검출 회로(213), 누전 검출 회로(214), 콘택터 제어 회로(215), 송풍기 제어 회로(216), 전력 공급 회로(217) 및 차량 기동 검출 회로(218)를 포함하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 제어 관련 회로(2)가 전류 검출 회로(210), 총 전압 검출 회로(213), 누전 검출 회로(214), 콘택터 제어 회로(215), 송풍기 제어 회로(216), 전력 공급 회로(217) 및 차량 기동 검출 회로(218) 중 2개 이상 또는 모두를 포함해도 된다. 혹은, 전류 검출 회로(210), 총 전압 검출 회로(213), 누전 검출 회로(214), 콘택터 제어 회로(215), 송풍기 제어 회로(216), 전력 공급 회로(217) 및 차량 기동 검출 회로(218)가 2개 이상의 주 회로 기판(21)에 포함되어도 된다.
(2) 제12 내지 제14 실시 형태에 있어서, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a) 중 어느 한쪽이 배터리 블록(10BB)의 일단부면 상에 설치되고, 다른 쪽이 배터리 블록(10BB)의 XZ 평면에 평행한 일측면 상에 설치되어도 된다.
이 경우, Z 방향에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가를 억제할 수 있다. 이에 의해, Z 방향에 있어서 배터리 모듈(100)의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 용이하게 배터리 모듈(100)을 설치할 수 있다.
또한, X 방향 및 Y 방향에 있어서의 배터리 모듈(100)의 크기의 증가를 최소한으로 억제할 수 있다. 이에 의해, X 방향 및 Y 방향에 있어서 배터리 모듈(100)의 설치 공간에 여유가 없는 경우에도, 배터리 모듈(100)을 설치할 수 있다. 이들 결과, 배터리 시스템(500) 및 배터리 시스템(500)을 구비하는 전동 차량의 설계의 자유도가 향상된다.
(3) 제12 내지 제14 실시 형태에서는, 제2 프린트 회로 기판(212a)에 통신 회로(24)가 설치되지만, 제2 프린트 회로 기판(212a)에 상기한 배터리 ECU(101)의 기능을 갖는 회로가 설치되어도 된다.
구체적으로는, 제2 프린트 회로 기판(212a)에 CAN 통신 회로(203)를 실장해도 된다. 이 경우, CAN 통신 회로(203)는, 각 배터리 셀(10)의 충전량의 산출 및 배터리 셀(10)의 과방전, 과충전 또는 온도 이상 등의 검출을 행한다. 또한, CAN 통신 회로(203)는, 산출된 충전량 및 과방전, 과충전 또는 온도 이상 등의 검출 결과를 주 제어부(300)에 제공한다. 또한, CAN 통신 회로(203)는, 배터리 모듈(100)의 과방전, 과충전 또는 온도 이상 등을 검출한 경우에, 콘택터(102)를 오프한다.
이에 의해, 배터리 시스템(500)에 배터리 ECU(101)를 설치할 필요가 없어진다. 따라서, 배터리 시스템(500)의 구성이 단순화된다.
또한, 상기한 바와 같이, 제2 프린트 회로 기판(212a)에 CAN 통신 회로(203)를 실장하는 경우에는, 도 45의 예에서 설명한 바와 같이, 복수의 배터리 모듈(100)을 포함하는 배터리 시스템(500)에 있어서, 복수의 배터리 모듈(100) 중 1개의 배터리 모듈(100)에만 제2 프린트 회로 기판(212a)을 설치해도 된다.
(4) 제1 프린트 회로 기판(211a)에는, 배터리 시스템(500)의 가장 고전위의 플러스 전극과 가장 저전위의 마이너스 전극 사이의 전압차를 분압 및 증폭하는 총 전압 검출 회로(213)가 실장되어도 된다. 이 경우, 제2 프린트 회로 기판(212a)의 통신 회로(24)에 의해 배터리 시스템(500)의 총 전압의 값이 산출된다.
제2 프린트 회로 기판(212a)에는, 통신 회로(24)에 한하지 않고, 도 42의 콘택터(102)의 동작을 제어하는 콘택터 제어 회로(215)가 실장되어도 된다.
배터리 시스템(500)의 케이싱(550)에는, 케이싱(550) 내의 각 배터리 모듈(100)의 방열을 행하기 위한 송풍기(581)가 설치되는 경우가 있다. 이 경우, 제2 프린트 회로 기판(212a)에는, 송풍기(581)의 동작을 제어하기 위한 송풍기 제어 회로(216)가 설치되어도 된다.
제2 프린트 회로 기판(212a)에는, 통신 회로(24)에 더하여, 비동력용 배터리(12)로부터의 전압을 강압하는 전력 공급 회로(217)가 실장되어도 된다. 이 경우, 전력 공급 회로(217)에 의해 강압된 전압이, 통신 회로(24)에 제공된다.
제2 프린트 회로 기판(212a)에는, 배터리 시스템(500)의 누전의 유무를 검출하는 누전 검출 회로(214)이 실장되어도 된다. 이 경우, 누전 검출 회로(214)에 의해 검출된 배터리 시스템(500)의 누전의 유무가 누전 검출 신호로서 통신 회로(24)에 의해 주 제어부(300)에 제공된다.
전동 차량은, 기동시에 기동 신호를 발생하는 기동 신호 발생부(301)를 구비한다. 제2 프린트 회로 기판(212a)에는, 기동 신호 발생부(301)가 발생하는 기동 신호를 검출하여 복수의 배터리 모듈(100)의 통신 회로(24)를 기동시키는 차량 기동 검출 회로(218)가 실장되어도 된다.
(5) 상기의 제(12) 내지 제14 실시 형태에 있어서는, 접속선을 포함하는 FPC 기판을 사용하여 제1 프린트 회로 기판(211a)과 제2 프린트 회로 기판(212a) 사이의 접속이 행해진다. 이에 한정하지 않고, 제1 프린트 회로 기판(211a)과 제2 프린트 회로 기판(212a) 사이의 접속은, 커넥터 및 하네스를 사용하여 행해도 된다. 구체적으로는, 제1 프린트 회로 기판(211a) 및 제2 프린트 회로 기판(212a)에 각각 커넥터를 실장하고, 2개의 커넥터 사이를 하네스로 접속한다. 이에 의해, 배터리 모듈(100)의 제조가 용이해진다.
(6) 제1 내지 제14 실시 형태에 있어서, 배터리 셀(10)은 대략 직육면체 형상을 갖지만, 이에 한정되지 않는다. 배터리 셀(10)은 원통형 형상을 가져도 된다.
[17] 청구항의 각 구성 요소와 실시 형태의 각 부와의 대응 관계
이하, 청구항의 각 구성 요소와 실시 형태의 각 부와의 대응의 예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 하기의 예에 한정되지 않는다.
상기 실시 형태에 있어서는, 배터리 셀(10)이 배터리 셀의 예이며, 배터리 모듈(100, 100a 내지 100d, 100M, 100Ma, 100Mb)이 배터리 모듈의 예이며, 주 회로 기판(21)이 주 회로 기판 및 공통의 회로 기판의 예이며, 부 회로 기판(21a)이 부 회로 기판의 예이다. 배터리 모듈(100M, 100Ma, 100Mb)의 셀 특성 검출 회로(1)가 제1 셀 특성 검출 회로의 예이며, 배터리 모듈(100, 100a 내지 100c)의 셀 특성 검출 회로(1)가 제2 셀 특성 검출 회로의 예이다.
제어 관련 회로(2)가 제어 관련 회로의 예이며, CAN 통신 기능, 전류 검출 기능, 총 전압 검출 기능, 누전 검출 기능, 콘택터 제어 기능, 송풍기 제어 기능, 전력 공급 기능 또는 차량 기동 검출 기능이 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능의 예이며, 전압 전류 버스 바(40y), 전압 단자(V1, V2) 또는 차량 기동 단자(G)가 검출부의 예이다. 전류 검출 기능, 총 전압 검출 기능, 누전 검출 기능 또는 차량 기동 검출 기능이 검출 기능의 예이며, 콘택터(102) 또는 송풍기 단자(F)가 제어 대상의 예이며, 콘택터 제어 기능 또는 송풍기 제어 기능이 제어 기능의 예이며, 전압 전류 버스 바(40y)에 의해 검출되는 전압 또는 전압 단자(V1, V2)에 의해 검출되는 전압이 파라미터의 예이다.
복수의 배터리 모듈(100M, 100Ma, 100Mb, 100, 100a 내지 100c)에 흐르는 전류 또는 누전의 유무가 정보의 예이며, 배터리 시스템(500)이 배터리 시스템의 예이며, 모터(602)가 모터의 예이며, 구동륜(603)이 구동륜의 예이며, 전동 자동차(600)가 전동 차량의 예이다. 배터리 ECU(101) 또는 주 제어부(300)가 외부 장치의 예이며, 배터리 블록(10BB)이 배터리 블록의 예이며, 전압 검출 회로(20) 및 통신 회로(24)가 회로의 예이며, 한쪽의 단부면 프레임(92)의 일면이 제1 면의 예이다.
기판 홀더(95)의 일면, 다른 쪽의 단부면 프레임(92)의 일면, 또는 XY 평면에 평행한 배터리 블록(10BB)의 상면이 배터리 블록의 제1 면과 다른 면의 예이며, 기판 홀더(95)의 일면이 제2 면의 예이며, 다른 쪽의 단부면 프레임(92)의 일면이 제3 면의 예이다. X 방향이 제1 면에 교차하는 방향의 예이며, XY 평면에 평행한 배터리 블록(10BB)의 상면이 제4 면의 예이며, 전압 검출 회로(20)가 검출부의 예이며, 통신 회로(24)가 통신부의 예이다.
제1 내지 제11 실시 형태에 있어서는, 주 회로 기판(21)의 저항(R) 및 스위칭 소자(SW)로 이루어지는 직렬 회로가 제1 방전 회로의 예이며, 부 회로 기판(21a)의 저항(R) 및 스위칭 소자(SW)로 이루어지는 직렬 회로가 제2 방전 회로의 예이다. 제12 내지 제14 실시 형태에 있어서는, 균등화 회로(EQ)가 제1 및 제2 방전 회로의 예이다.
제10 및 제11 실시 형태에 있어서는, 주 회로 기판(211)이 제1 회로 기판의 예이며, 주 회로 기판(212)이 제2 회로 기판의 예이다. 제12 내지 제14 실시 형태에 있어서는, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a) 중 한쪽이 제1 회로 기판의 예이며, 제1 및 제2 프린트 회로 기판(211a, 212a) 중 다른 쪽이 제2 회로 기판의 예이다.
청구항의 각 구성 요소로서, 청구항에 기재되어 있는 구성 또는 기능을 갖는 다른 여러 가지 요소를 사용할 수도 있다.

Claims (14)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 복수의 배터리 모듈을 구비하고,
    상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈은 주 회로 기판을 더 포함하고,
    다른 배터리 모듈은 부 회로 기판을 더 포함하고,
    상기 주 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 제1 셀 특성 검출 회로와, 상기 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 포함하고,
    상기 부 회로 기판은, 각 배터리 셀의 특성을 검출하는 제2 셀 특성 검출 회로를 포함하고, 상기 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 기능을 갖는 제어 관련 회로를 포함하지 않는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주 회로 기판은, 상기 제1 셀 특성 검출 회로 및 상기 제어 관련 회로를 포함하는 공통의 회로 기판에 의해 구성되는 배터리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주 회로 기판은, 상기 제1 셀 특성 검출 회로를 포함하는 제1 회로 기판과, 상기 제어 관련 회로를 포함하는 제2 회로 기판에 의해 구성되는 배터리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    소정의 파라미터를 검출하는 검출부를 더 구비하고,
    상기 제어 관련 회로는, 상기 검출부에 있어서 검출되는 파라미터에 기초하여 상기 복수의 배터리 모듈의 제어를 위하여 사용되는 정보를 검출하는 검출 기능을 갖고,
    상기 주 회로 기판의 상기 제어 관련 회로는, 상기 부 회로 기판보다도 상기 검출부에 가까운 위치에 배치되는 배터리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈의 제어에 관련된 제어 대상을 더 구비하고,
    상기 제어 관련 회로는, 상기 제어 대상의 동작을 제어하는 제어 기능을 갖고,
    상기 주 회로 기판의 상기 제어 관련 회로는, 상기 부 회로 기판보다도 상기 제어 대상에 가까운 위치에 배치되는 배터리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주 회로 기판은, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈의 각 배터리 셀을 방전시키는 제1 방전 회로를 더 포함하고,
    상기 부 회로 기판은, 상기 다른 배터리 모듈의 각 배터리 셀을 방전시키는 제2 방전 회로를 더 포함하는 배터리 시스템.
  7. 제1항에 기재된 배터리 시스템과,
    상기 배터리 시스템의 상기 복수의 배터리 모듈로부터의 전력에 의해 구동되는 모터와,
    상기 모터의 회전력에 의해 회전하는 구동륜을 구비하는 전동 차량.
  8. 외부 장치와 통신 가능한 배터리 모듈이며,
    적층된 복수의 배터리 셀에 의해 구성되는 배터리 블록과,
    상기 복수의 배터리 셀의 상태를 검출함과 함께 상기 외부 장치와의 통신을 행하기 위한 회로가 실장된 제1 및 제2 회로 기판을 구비하고,
    상기 배터리 블록은, 상기 복수의 배터리 셀의 적층 방향에 교차하는 제1 면을 갖고, 상기 제1 회로 기판은, 상기 배터리 블록의 상기 제1 면 상에 설치되고, 상기 제2 회로 기판은, 상기 배터리 블록의 상기 제1 면과 다른 면 상에 설치되는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 회로 기판은, 상기 제1 회로 기판에 적층되도록 상기 제1 면과 평행한 제2 면 상에 설치되는 배터리 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 블록은, 상기 복수의 배터리 셀을 통하여 상기 제1 면에 대향하는 제3 면을 갖고,
    상기 제2 회로 기판은, 상기 배터리 블록의 상기 제3 면에 설치되는 배터리 모듈.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 블록은, 상기 제1 면에 교차하는 방향에 따른 제4 면을 갖고,
    상기 제2 회로 기판은, 상기 배터리 블록의 상기 제4 면에 설치되는 배터리 모듈.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 회로는, 상기 복수의 배터리 셀의 상태를 검출하는 검출부 및 상기 외부 장치와의 통신을 행하는 통신부를 포함하고,
    상기 제1 회로 기판은 상기 검출부 및 상기 통신부의 한쪽을 포함하고,
    상기 제2 회로 기판은 상기 검출부 및 상기 통신부의 다른 쪽을 포함한 배터리 모듈.
  13. 복수의 배터리 셀을 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈을 구비하고,
    상기 복수의 배터리 모듈의 적어도 하나는 제8항에 기재된 배터리 모듈인 배터리 시스템.
  14. 제13항에 기재된 배터리 시스템과,
    상기 배터리 시스템이 구비하는 상기 복수의 배터리 모듈로부터의 전력에 의해 구동되는 모터와,
    상기 모터의 회전력에 의해 회전하는 구동륜을 구비하는 전동 차량.
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