KR20110076752A - 배터리 시스템 및 그것을 구비한 전동 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 배선의 단순화가 가능함과 함께 소형화가 가능한 배터리 시스템 및 그것을 구비한 전동 차량을 제공한다.
배터리 시스템(500)은, 복수의 배터리 셀(10) 및 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)을 구비한다. 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 각각에는, 복수의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출하는 셀 특성 검출 기능을 갖는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 또한, 프린트 회로 기판(21A)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 각 배터리 셀(10)의 셀 특성 검출 기능과는 상이한 기능을 갖는 제어 관련 회로(2)가 실장된다.

Description

배터리 시스템 및 그것을 구비한 전동 차량{BATTERY SYSTEM AND ELECTRIC VEHICLE HAVING THE SAME}
본 발명은, 배터리 셀을 포함하는 배터리 시스템 및 그것을 구비한 전동 차량에 관한 것이다.
전동 자동차 등의 이동체의 구동원으로서 사용되는 배터리 시스템에 있어서는, 소정의 구동력을 얻기 위해, 충방전이 가능한 복수의 배터리 모듈이 설치된다. 각 배터리 모듈은, 복수의 전지(배터리 셀)가 예를 들어 직렬로 접속된 구성을 갖는다.
일본 특허 공개 평8-162171호 공보 일본 특허 공개 제2009-168720호 공보
특허문헌 1에는, 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 ECU로 전송된다.
특허문헌 2에는, 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.
특허문헌 1에 기재된 조전지의 감시 장치에서는, ECU가 조전지의 충전 제어 및 수명 판정 등의 다양한 감시 및 제어를 행한다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 전지 시스템에서는, MGU가 축전기의 감시 및 제어를 행한다.
그러나, 특허문헌 1의 조전지 및 감시 장치를 사용한 시스템 및 특허문헌 2의 전지 시스템에서는, 배선이 복잡화됨과 함께 소형화가 곤란하다.
본 발명의 목적은, 배선의 단순화가 가능함과 함께 소형화가 가능한 배터리 시스템 및 그것을 구비한 전동 차량을 제공하는 것이다.
(1) 제1 발명에 관한 배터리 시스템은, 복수의 배터리 셀과, 하나 또는 복수의 회로 기판을 구비하고, 하나 또는 복수의 회로 기판의 각각은, 각 배터리 셀의 제1 파라미터를 검출하는 제1 기능을 갖고, 적어도 1개의 회로 기판은, 제1 기능과 상이한 제2 기능을 더 갖는 것이다.
이 배터리 시스템에 있어서는, 하나 또는 복수의 회로 기판의 각각은, 각 배터리 셀의 제1 파라미터를 검출하는 제1 기능을 갖는다. 또한, 적어도 1개의 회로 기판은, 제1 기능과 상이한 제2 기능을 더 갖는다.
이 경우, 제1 기능을 실현하는 회로와 제2 기능을 실현하는 회로 사이의 배선이 적어도 1개의 회로 기판 상에 형성된다. 또한, 배터리 시스템에 제2 기능을 갖는 회로 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 소형화할 수 있다.
(2) 제2 기능은, 복수의 배터리 셀의 제2 파라미터를 검출하는 기능을 포함해도 좋다. 이 경우, 제2 기능에 의해 복수의 배터리 셀의 제2 파라미터가 검출되므로, 배터리 시스템에 복수의 배터리 셀의 제2 파라미터를 검출하는 검출 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 소형화할 수 있다.
(3) 제2 기능은, 복수의 배터리 셀에 관한 제어를 행하는 기능을 포함해도 좋다. 이 경우, 제2 기능에 의해 복수의 배터리 셀에 관한 제어가 행해지므로, 배터리 시스템에 복수의 배터리 셀에 관한 제어를 행하는 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 소형화할 수 있다.
(4) 제2 기능은, 제1 기능을 실현하는 하나 또는 복수의 회로 기판의 부분에 전력을 공급하는 기능을 포함해도 좋다. 이 경우, 제2 기능에 의해 제1 기능을 실현하는 하나 또는 복수의 회로 기판의 부분에 전력이 공급되므로, 하나 또는 복수의 회로 기판의 각각에 전력 공급 유닛을 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 소형화할 수 있다.
(5) 회로 기판은 복수 설치되고, 복수의 회로 기판의 각각은, 각 배터리 셀을 방전시키는 방전 회로를 더 포함해도 좋다.
이 경우, 방전 회로가 복수의 회로 기판에 분산하여 설치된다. 이에 의해, 각 배터리 셀을 방전시킬 때에 발생하는 열을 효율적으로 방산시킬 수 있다. 그 결과, 복수의 회로 기판에 설치되는 제1 및 제2 기능을 실현하는 회로의 열화를 방지할 수 있다.
(6) 제2 발명에 관한 전동 차량은, 제1 발명에 관한 배터리 시스템과, 배터리 시스템의 복수의 배터리 셀로부터의 전력에 의해 구동되는 모터와, 모터의 회전력에 의해 회전하는 구동륜을 구비하는 것이다.
이 전동 차량에 있어서는, 복수의 배터리 셀로부터의 전력에 의해 모터가 구동된다. 그 모터의 회전력에 의해 구동륜이 회전함으로써, 전동 차량이 이동한다.
이 전동 차량에는, 제1 발명에 관한 배터리 시스템이 사용되므로, 전동 차량에 있어서의 배선을 단순화함과 함께, 전동 차량을 소형화하는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르면, 배터리 시스템의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템을 소형화할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 셀 특성 검출 회로의 구성을 도시하는 블록도.
도 4는 배터리 모듈의 외관 사시도.
도 5는 배터리 모듈의 평면도.
도 6은 배터리 모듈의 단부면도.
도 7은 버스 바의 외관 사시도.
도 8은 FPC 기판에 복수의 버스 바 및 복수의 PTC 소자가 장착된 상태를 도시하는 외관 사시도.
도 9는 버스 바와 전압 검출 회로와의 접속에 대해 설명하기 위한 모식적 평면도.
도 10은 프린트 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 11은 프린트 회로 기판의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도.
도 12는 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템의 구성을 도시하는 블록도.
도 14는 제2 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 15는 제3 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 16은 제4 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 17은 배터리 모듈에 있어서의 전압 전류 버스 바 및 FPC 기판을 도시하는 확대 평면도.
도 18은 제5 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 19는 제6 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 20은 제7 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 21은 제8 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판의 구성을 도시하는 블록도.
도 22는 제9 실시 형태에 관한 배터리 시스템 내의 배터리 모듈의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도.
도 23은 배터리 시스템을 구비하는 전동 자동차의 구성을 도시하는 블록도.
[1] 제1 실시 형태
이하, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해 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. 도 1에 도시한 바와 같이, 배터리 시스템(500)은, 복수의 배터리 모듈(100), 복수의 리지드 프린트 회로 기판(이하, 프린트 회로 기판이라 약기함)(21A, 21B, 21C, 21D) 및 콘택터(102)를 포함한다. 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)은, 복수의 배터리 모듈(100)에 각각 대응하도록 설치된다. 도 1의 예에서는, 배터리 시스템(500)에, 4개의 배터리 모듈(100)에 대응하도록 4개의 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)이 설치된다.
복수의 배터리 모듈(100)은 전원선(501)을 통해 서로 접속되어 있다. 각 배터리 모듈(100)은, 복수(본 예에서는 18개)의 배터리 셀(10) 및 복수(본 예에서는 5개)의 서미스터(11)를 갖는다. 즉, 도 1의 배터리 시스템(500)은 합계 72개의 배터리 셀(10)을 갖는다.
각 배터리 모듈(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 통해 전원선(501)에 접속되어 있다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)에 있어서는, 복수의 배터리 모듈(100)의 모든 배터리 셀(10)이 직렬 접속되어 있다. 배터리 시스템(500)으로부터 인출되는 전원선(501)은, 전압 단자 V1, V2를 통해 전동 차량의 모터 등의 부하에 접속된다. 배터리 모듈(100)의 상세한 것은 후술한다.
도 2는, 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 각각에는, 대응하는 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 전압 및 온도 등의 셀 특성을 검출하는 셀 특성 검출 기능을 갖는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 도 1의 예에서는, 각 셀 특성 검출 회로(1)는 대응하는 배터리 모듈(100)의 18개의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출 가능하다.
또한, 프린트 회로 기판(21A)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 각 배터리 셀(10)의 셀 특성 검출 기능과는 상이한 기능을 갖는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 본 실시 형태에 있어서, 제어 관련 회로(2)는 CAN(Controller Area Network) 통신 회로(203)를 포함한다.
CAN 통신 회로(203)는, 예를 들어 CPU(중앙 연산 처리 장치), 메모리 및 인터페이스 회로를 포함한다. CAN 통신 회로(203)에는, 도시하지 않은 직류-직류(DC-DC) 컨버터 및 전원선(502)을 통해 전동 차량의 비동력용 배터리(12)가 접속된다. 비동력용 배터리(12)는 CAN 통신 회로(203)의 전원으로서 사용된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 비동력용 배터리(12)는 연축 전지이다. 비동력용 배터리(12)는 전동 차량의 주행용 구동원으로서는 사용되지 않는다.
CAN 통신 회로(203)는, 프린트 회로 기판(21A)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)(도 3 참조)와 서로 통신 가능하게 접속됨과 함께, 버스(104)를 통해 전동 차량의 주 제어부(300)에 접속된다. 이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 전동 차량의 주 제어부(300)와 CAN 통신을 행하는 CAN 통신 기능을 갖는다.
도 3은, 셀 특성 검출 회로(1)의 구성을 도시하는 블록도이다. 셀 특성 검출 회로(1)는, 전압 검출 회로(20), 시리얼 통신 회로(24), 절연 소자(25), 복수의 저항 R 및 복수의 스위칭 소자 SW를 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: 주문형 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 통해 인접하는 2개의 버스 바(40, 40a)에 전기적으로 접속된다.
여기서, PTC 소자(60)는, 온도가 임의의 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.
시리얼 통신 회로(24)는, 예를 들어 CPU, 메모리 및 인터페이스 회로를 포함하고, 시리얼 통신 기능을 가짐과 함께 연산 기능을 갖는다. 시리얼 통신 회로(24)에는, 도시하지 않은 DC-DC 컨버터 및 전원선(502)을 통해 전동 차량의 비동력용 배터리(12)가 접속된다. 비동력용 배터리(12)는 시리얼 통신 회로(24)의 전원으로서 사용된다.
인접하는 각 2개의 버스 바(40, 40a) 사이에는, 저항 R 및 스위칭 소자 SW의 직렬 회로가 접속된다. 스위칭 소자 SW의 온 및 오프는, 시리얼 통신 회로(24)를 통해 도 1의 주 제어부(300)에 의해 제어된다. 또한, 통상 상태에서는, 스위칭 소자 SW는 오프로 되어 있다.
전압 검출 회로(20)와 시리얼 통신 회로(24)가, 절연 소자(25)에 의해 서로 전기적으로 절연되면서 통신 가능하게 접속된다. 인접하는 각 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 공급된다. 멀티플렉서(20a)는, 복수의 차동 증폭기(20c)로부터 공급되는 단자 전압을 순차 A/D 변환기(20b)로 출력한다. A/D 변환기(20b)는, 멀티플렉서(20a)로부터 출력되는 단자 전압을 디지털 값으로 변환하여, 절연 소자(25)를 통해 시리얼 통신 회로(24)에 공급한다.
또한, 시리얼 통신 회로(24)는 도 1의 복수의 서미스터(11)에 접속된다. 이에 의해, 시리얼 통신 회로(24)는, 서미스터(11)의 출력 신호에 기초하여 배터리 모듈(100)의 온도를 취득한다.
도 2의 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 시리얼 통신 회로(24)(도 3 참조)는, 하니스(560)를 통해 서로 접속된다. 이에 의해, 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 시리얼 통신 회로(24)는, 다른 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 시리얼 통신 회로(24)와 시리얼 통신을 행할 수 있다. 프린트 회로 기판(21B 내지 21D)의 시리얼 통신 회로(24)는, 프린트 회로 기판(21A)의 시리얼 통신 회로(24)에 각 배터리 셀(10)의 셀 특성을 제공한다.
도 2의 프린트 회로 기판(21A)의 시리얼 통신 회로(24)(도 3 참조)는 CAN 통신 회로(203)와 접속된다. 프린트 회로 기판(21A)의 시리얼 통신 회로(24)는, 복수의 배터리 모듈(100)의 셀 특성을 CAN 통신 회로(203)에 제공한다. CAN 통신 회로(203)는, CAN 통신에 의해 도 1의 버스(104)를 통해 복수의 배터리 모듈(100)의 셀 특성을 주 제어부(300)에 제공한다.
본 실시 형태에 있어서, 주 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 검출 가능하다. 주 제어부(300)는 배터리 모듈(100)의 셀 특성 및 전류 등의 셀 정보에 기초하여 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출하고, 그 충전량에 기초하여 각 배터리 모듈(100)의 충방전 제어를 행한다.
또한, 주 제어부(300)는, 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.
일단부의 배터리 모듈(100)에 접속된 전원선(501)에는, 콘택터(102)가 개재 삽입되어 있다. 콘택터(102)는 버스(104)를 통해 주 제어부(300)에 접속되어 있다. 주 제어부(300)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.
주 제어부(300)는, 각 배터리 모듈(100)의 충전량에 기초하여 전동 차량의 동력(예를 들어 모터의 회전 속도)을 제어한다. 또한, 각 배터리 모듈(100)의 충전량이 적어지면, 주 제어부(300)는, 전원선(501)에 접속된 도시하지 않은 발전 장치를 제어하여 각 배터리 모듈(100)을 충전한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 발전 장치는 예를 들어 상기의 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(100)이 충전된다.
(2) 배터리 모듈의 상세
배터리 모듈(100)의 상세에 대해 설명한다. 도 4는 배터리 모듈(100)의 외관 사시도이고, 도 5는 배터리 모듈(100)의 평면도이고, 도 6은 배터리 모듈(100)의 단부면도이다.
또한, 도 4 내지 도 6 및 후술하는 도 8, 도 9 및 도 17에 있어서는, 화살표 X, Y, Z로 나타낸 바와 같이, 서로 직교하는 3 방향을 X 방향, Y 방향 및 Z 방향이라 정의한다. 또한, 본 예에서는, X 방향 및 Y 방향이 수평면에 평행한 방향이고, Z 방향이 수평면에 직교하는 방향이다.
도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(100)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 구석에는, 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 상측의 접속부에 한 쌍의 상단부 프레임(93)이 장착되고, 한 쌍의 단부면 프레임(92)의 하측의 접속부에 한 쌍의 하단부 프레임(94)이 장착된다. 이에 의해, 복수의 배터리 셀(10)이 X 방향으로 배열되도록 배치된 상태에서 일체적으로 고정된다.
배터리 모듈(100)은, X 방향에 있어서의 양단부의 단부면으로서 한 쌍의 단부면 프레임(92)에 각각 단부면 E1, E2를 갖는다. 또한, 배터리 모듈(100)은, Y 방향을 따른 측면 E3, E4를 갖는다.
한쪽의 단부면 프레임(92)의 단부면 E1에는, 프린트 회로 기판(21A)이 장착된다. 또한, 다른 3개의 배터리 모듈(100)(도 1 참조)의 한쪽의 단부면 프레임(92)에는, 각각 프린트 회로 기판(21B 내지 21D)이 장착된다.
여기서, 복수의 배터리 셀(10)은, Y 방향에 있어서의 일단부측 및 타단부측 중 어느 하나의 상면 부분에 플러스 전극(10a)을 갖고, 그 반대측의 상면 부분에 마이너스 전극(10b)을 갖는다. 각 전극(10a, 10b)은, 상방을 향해 돌출되도록 경사져 설치된다(도 6 참조).
이하의 설명에 있어서는, 프린트 회로 기판(21A)이 장착되지 않는 단부면 프레임(92)에 인접하는 배터리 셀(10)로부터 프린트 회로 기판(21A)이 장착되는 단부면 프레임(92)에 인접하는 배터리 셀(10)까지를 1번째 내지 18번째의 배터리 셀(10)이라 칭한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 배터리 모듈(100)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.
그것에 의해, 인접하는 2개의 배터리 셀(10) 사이에서는, 한쪽의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 다른 쪽의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)이 근접하고, 한쪽의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)과 다른 쪽의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)이 근접한다. 이 상태에서, 근접하는 2개의 전극에 버스 바(40)가 장착된다. 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 장착된다. 또한, 2번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 3번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)에 공통의 버스 바(40)가 장착된다. 마찬가지로 하여, 각 홀수번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 그것에 인접하는 짝수번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)에 공통의 버스 바(40)가 장착된다. 각 짝수번째의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a)과 그것에 인접하는 홀수번째의 배터리 셀(10)의 마이너스 전극(10b)에 공통의 버스 바(40)가 장착된다.
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 장착된다.
Y 방향에 있어서의 복수의 배터리 셀(10)의 일단부측에는, X 방향으로 연장되는 긴 형상의 플렉시블 프린트 회로 기판(이하, FPC 기판이라 약기함)(50)이 복수의 버스 바(40)에 공통되어 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)(프린트 회로 기판(21A)이 장착되는 단부면 프레임(92))의 상단부 부분에서 내측을 향해 직각으로 되접어지고, 또한 하방을 향해 되접어져, 프린트 회로 기판(21A)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 전극용의 버스 바(40)라 칭하고, 1개의 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a) 또는 마이너스 전극(10b)과 전원선(501)을 접속하기 위한 버스 바(40a)를 1 전극용의 버스 바(40a)라 칭한다.
도 7의 (a)는 2 전극용의 버스 바(40)의 외관 사시도이고, 도 7의 (b)는 1 전극용의 버스 바(40a)의 외관 사시도이다.
도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 2 전극용의 버스 바(40)는, 대략 직사각형 형상을 갖는 베이스부(41) 및 그 베이스부(41)의 한 변으로부터 그 일면측으로 굴곡하여 연장되는 한 쌍의 장착편(42)을 구비한다. 베이스부(41)에는, 한 쌍의 전극 접속 구멍(43)이 형성된다.
도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 1 전극용의 버스 바(40a)는, 대략 정사각형 형상을 갖는 베이스부(45) 및 그 베이스부(45)의 한 변으로부터 그 일면측으로 굴곡하여 연장되는 장착편(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 구리의 표면에 니켈 도금이 실시된 구성을 갖는다.
도 8은, FPC 기판(50)에 복수의 버스 바(40, 40a) 및 복수의 PTC 소자(60)가 장착된 상태를 도시하는 외관 사시도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 2매의 FPC 기판(50)에는, X 방향을 따라 소정의 간격으로 복수의 버스 바(40, 40a)의 장착편(42, 46)이 장착된다. 또한, 복수의 PTC 소자(60)는, 복수의 버스 바(40, 40a)의 간격과 동일한 간격으로 2매의 FPC 기판(50)에 각각 장착된다.
배터리 모듈(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) 및 복수의 PTC 소자(60)가 장착된 2매의 FPC 기판(50)이 장착된다.
이 장착시에 있어서는, 인접하는 배터리 셀(10)의 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)이 각 버스 바(40, 40a)에 형성된 전극 접속 구멍(43, 47)에 끼워 넣어진다. 플러스 전극(10a) 및 마이너스 전극(10b)에는 볼트가 형성된다. 각 버스 바(40, 40a)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 볼트에 나사 결합된다.
이와 같이 하여, 복수의 배터리 셀(10)에 복수의 버스 바(40, 40a)가 장착됨과 함께, 복수의 버스 바(40, 40a)에 의해 FPC 기판(50)이 대략 수평 자세로 유지된다.
(4) 버스 바와 전압 검출 회로와의 접속
다음에, 버스 바(40, 40a)와 전압 검출 회로(20)와의 접속에 대해 설명한다. 도 9는, 버스 바(40, 40a)와 전압 검출 회로(20)와의 접속에 대해 설명하기 위한 모식적 평면도이다. 또한, 여기서는 프린트 회로 기판(21A)의 전압 검출 회로(20)와 버스 바(40, 40a)와의 접속에 대해 설명하지만, 도 1의 프린트 회로 기판(21B 내지 21D)의 전압 검출 회로(20)와 버스 바(40, 40a)와의 접속도, 프린트 회로 기판(21A)의 전압 검출 회로(20)와 버스 바(40, 40a)와의 접속과 마찬가지이다.
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 장착편(42, 46)과 그 버스 바(40, 40a)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 장착편(42, 46)에 전기적으로 접속된다. 그것에 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 양단부간의 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 양단부 사이에 있어서의 FPC 기판(50)의 영역은 버스 바(40, 40a)에 고정되어 있기 때문에, 비교적 평탄하게 유지된다. 그로 인해, 각 PTC 소자(60)가 각 버스 바(40, 40a)의 양단부 사이에 있어서의 FPC 기판(50)의 영역 내에 배치됨으로써, PTC 소자(60)와 도체선(51, 52)과의 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.
프린트 회로 기판(21A)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, 프린트 회로 기판(21A)과 FPC 기판(50)의 접속은, 납땜 또는 용접에 한정되지 않고 커넥터를 사용하여 행해져도 좋다.
이와 같이 하여, 각 버스 바(40, 40a)가 PTC 소자(60)를 통해 전압 검출 회로(20)에 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 각 배터리 셀(10)의 단자 전압이 검출된다.
(5) 프린트 회로 기판의 일 구성예
다음에, 프린트 회로 기판(21B 내지 21D)의 일 구성예에 대해 설명한다. 도 10은, 프린트 회로 기판(21B)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 또한, 프린트 회로 기판(21C, 21D)의 구성은 프린트 회로 기판(21B)의 구성과 마찬가지이다.
프린트 회로 기판(21B)은 대략 직사각형 형상을 갖고, 일면 및 다른 면을 갖는다. 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는, 각각 프린트 회로 기판(21B)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 프린트 회로 기판(21B)의 일면 상에는, 전압 검출 회로(20), 시리얼 통신 회로(24) 및 절연 소자(25)가 실장된다. 또한, 프린트 회로 기판(21B)의 일면 상에는, 접속 단자(22) 및 커넥터(23)가 형성된다. 또한, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 프린트 회로 기판(21B)의 다른 면에는, 복수의 저항 R 및 복수의 스위칭 소자 SW가 실장된다.
또한, 프린트 회로 기판(21B)의 다른 면의 복수의 저항 R은, 전압 검출 회로(20)에 대응하는 위치보다도 상방의 위치에 배치된다. 이에 의해, 저항 R로부터 발생하는 열을 효율적으로 방산시킬 수 있다. 또한, 저항 R로부터 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, 프린트 회로 기판(21B)의 상단부 근방에 배치된다. 이에 의해, 접속 단자(22)에 접속되는 FPC 기판(50)(도 9 참조)을 짧게 할 수 있다.
프린트 회로 기판(21B)은, 제1 실장 영역(10G), 제2 실장 영역(12G) 및 띠 형상의 절연 영역(26)을 갖는다.
제2 실장 영역(12G)은, 프린트 회로 기판(21B)의 1개의 코너부에 형성된다. 절연 영역(26)은, 제2 실장 영역(12G)을 따라 연장되도록 형성된다. 제1 실장 영역(10G)은, 프린트 회로 기판(21B)의 나머지 부분에 형성된다. 제1 실장 영역(10G)과 제2 실장 영역(12G)은 절연 영역(26)에 의해 서로 분리된다. 그것에 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 프린트 회로 기판(21B) 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 GND1이 형성된다. 접지 패턴 GND1은 배터리 모듈(100)의 기준 전위로 유지된다.
제2 실장 영역(12G)에는, 시리얼 통신 회로(24)가 실장됨과 함께 커넥터(23)가 형성되고, 시리얼 통신 회로(24)와 커넥터(23)는 프린트 회로 기판(21B) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(23)에는, 도 1의 하니스(560)가 접속된다. 또한, 시리얼 통신 회로(24)의 전원으로서, 전동 차량이 구비하는 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)가 시리얼 통신 회로(24)에 접속된다. 시리얼 통신 회로(24)의 실장 영역, 커넥터(23)의 형성 영역 및 복수의 접속선의 형성 영역을 제외하고, 제2 실장 영역(12G)에 접지 패턴 GND2가 형성된다. 접지 패턴 GND2는 비동력용 배터리(12)의 기준 전위로 유지된다.
절연 소자(25)는, 절연 영역(26)에 걸치도록 실장된다. 절연 소자(25)는, 접지 패턴 GND1과 접지 패턴 GND2를 서로 전기적으로 절연하면서 전압 검출 회로(20)와 시리얼 통신 회로(24) 사이에서 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 시리얼 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, 시리얼 통신 회로(24)의 전원으로서 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)를 사용할 수 있다. 그 결과, 전압 검출 회로(20) 및 시리얼 통신 회로(24)를 각각 독립으로 안정되어 동작시킬 수 있다.
다음에, 프린트 회로 기판(21A)의 일 구성예에 대해 설명한다. 또한, 프린트 회로 기판(21A)에 대해, 프린트 회로 기판(21B 내지 21D)과 상이한 점을 설명한다. 도 11은, 프린트 회로 기판(21A)의 일 구성예를 도시하는 모식적 평면도이다. 프린트 회로 기판(21A)은 대략 직사각형 형상을 갖고, 일면 및 다른 면을 갖는다. 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)는, 각각 프린트 회로 기판(21A)의 일면 및 다른 면을 도시한다.
도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 실장 영역(12G)에는, 시리얼 통신 회로(24) 및 커넥터(23)에 부가하여 CAN 통신 회로(203) 및 커넥터(31)가 형성된다. CAN 통신 회로(203)와 시리얼 통신 회로(24)는 프린트 회로 기판(21A) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 또한, CAN 통신 회로(203)와 커넥터(31)는 프린트 회로 기판(21A) 상에서 복수의 접속선에 의해 전기적으로 접속된다. 커넥터(31)는, 도 1의 버스(104)에 접속된다.
CAN 통신 회로(203)의 전원으로서, 전동 차량이 구비하는 비동력용 배터리(12)(도 1 참조)가 CAN 통신 회로(203)에 접속된다. 시리얼 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 GND2가 형성된다. 접지 패턴 GND2는 비동력용 배터리(12)의 기준 전위로 유지된다.
도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 프린트 회로 기판(21A)의 다른 면의 구성은 도 10의 (b)의 프린트 회로 기판(21B)의 다른 면의 구성과 마찬가지이다.
(6) 배터리 셀의 전압의 균등화
도 1의 주 제어부(300)는, 각 배터리 모듈(100)의 각 배터리 셀(10)의 셀 정보로부터 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출한다. 여기서, 주 제어부(300)는, 임의의 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량보다도 큰 것을 검출한 경우, 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 시리얼 통신 회로(24)를 통해 충전량이 큰 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자 SW(도 3 참조)를 온으로 한다.
이에 의해, 그 배터리 셀(10)에 충전된 전하가 저항 R(도 3 참조)을 통해 방전된다. 그 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량과 대략 동등해질 때까지 저하하면, 주 제어부(300)는 그 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자 SW를 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 R이 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)에 분산하여 설치된다. 이에 의해, 복수의 배터리 셀(10)을 방전시킬 때 발생하는 열을 효율적으로 방산시킬 수 있다. 그 결과, 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 셀 특성 검출 회로(1) 및 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)의 열화를 방지할 수 있다.
(7) 배터리 모듈의 접속 및 배선
다음에, 배터리 모듈(100)의 접속 및 배선에 대해 설명한다. 도 12는, 배터리 시스템(500) 내의 배터리 모듈(100)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 4개의 배터리 모듈(100)을 서로 구별하기 위해 각각의 배터리 모듈(100)을 배터리 모듈(100A, 100B, 100C, 100D)이라 칭한다. 배터리 모듈(100A 내지 100D)에는 각각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)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 대해 수직이다. 케이싱(550) 내에 있어서는, 4개의 배터리 모듈(100A 내지 100D)이 2행 2열로 배열되어 있다.
구체적으로는, 배터리 모듈(100A)의 단부면 E2와 배터리 모듈(100B)의 단부면 E1이 마주 보도록 배치되고, 배터리 모듈(100D)의 단부면 E1과 배터리 모듈(100C)의 장면 E2가 마주 보도록 배치된다. 또한, 배터리 모듈(100A)의 측면 E4와 배터리 모듈(100D)의 측면 E4가 마주 보도록 배치되고, 배터리 모듈(100B)의 측면 E4와 배터리 모듈(100C)의 측면 E4가 마주 보도록 배치된다. 또한, 배터리 모듈(100A)의 단부면 E1 및 배터리 모듈(100D)의 단부면 E2가 측벽(550d)을 향하도록 배치되고, 배터리 모듈(100B)의 단부면 E2 및 배터리 모듈(100C)의 단부면 E1이 측벽(550b)을 향하도록 배치된다. 측벽(550d)에는, 통신 단자 C 및 전압 단자 V1 내지 V4를 포함하는 외부 인터페이스 IF가 설치된다.
각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)(도 3 참조)는 각각 하니스(560)에 의해 접속된다. 또한, 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(100C)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100D)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 버스 바(501a)에 의해 접속된다.
배터리 모듈(100A)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)이 전원선(501)에 의해 전압 단자 V1에 접속된다. 또한, 배터리 모듈(100D)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)이 전원선(501)에 의해 전압 단자 V2에 접속된다. 이 경우, 전동 차량의 모터 등을 전압 단자 V1, V2 사이에 접속함으로써, 직렬 접속된 배터리 모듈(100A 내지 100D)의 전력을 모터 등에 공급하는 것이 가능해진다.
프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)의 CAN 통신 회로(203)(도 2 참조)가, 통신 단자 C를 통해 버스(104)에 의해 도 1의 주 제어부(300)에 접속된다. 이에 의해, 프린트 회로 기판(21A)의 CAN 통신 회로(203)와 주 제어부(300)가 통신 가능해진다.
또한, 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)이 도시하지 않은 DC-DC 컨버터가, 전압 단자 V3, V4를 통해 전원선(502)에 의해 도 1의 비동력용 배터리(12)에 접속된다. 이에 의해, 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 셀 특성 검출 회로(1) 및 제어 관련 회로(2)에 전력이 공급된다.
(8) 효과
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)에는, 각 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출하는 셀 특성 검출 기능을 갖는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 또한, 프린트 회로 기판(21A)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께 CAN 통신 기능을 갖는 제어 관련 회로(2)가 더 실장된다.
이 경우, 셀 특성 검출 회로(1)와 CAN 통신 회로(203) 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21A) 상에 형성된다. 또한, 배터리 시스템(500)에 CAN 통신 기능을 갖는 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 소형화할 수 있다.
[2] 제2 실시 형태
제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 13은, 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)은, 배터리 모듈(100)의 수와 상이한 수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)을 갖는다. 도 13의 예에서는, 배터리 시스템(500)에, 4개의 배터리 모듈(100) 중 3개의 배터리 모듈(100)에 대응하도록, 3개의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)이 설치된다.
프린트 회로 기판(21A, 21B)의 각각에는, 대응하는 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출하는 셀 특성 검출 기능을 갖는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 도 13의 예에서는, 프린트 회로 기판(21A, 21B)의 각 셀 특성 검출 회로(1)는, 대응하는 배터리 모듈(100)의 18개의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출 가능하다.
또한, 프린트 회로 기판(21C)에는, 대응하는 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10) 및 인접하는 다른 1개의 배터리 모듈(100)의 복수의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출하는 셀 특성 검출 기능을 갖는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 도 13의 예에서는, 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)는, 대응하는 배터리 모듈(100)의 18개의 배터리 셀(10) 및 인접하는 배터리 모듈(100)의 18개의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출 가능하다.
도 14는, 제2 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 프린트 회로 기판(21A)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 각 배터리 셀(10)의 셀 특성 검출 기능과는 상이한 기능을 갖는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 제어 관련 회로(2)는 CAN 통신 회로(203)를 포함한다. 이에 의해, 본 실시 형태에 있어서, 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 전동 차량의 주 제어부(300)와 CAN 통신을 행하는 CAN 통신 기능을 갖는다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 프린트 회로 기판(21C)이 2개의 배터리 모듈(100)에 공통으로 사용된다. 그것에 의해, 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 수는 배터리 모듈(100)의 수보다도 적다. 그 결과, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[3] 제3 실시 형태
제3 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제2 실시 형태에 관한 것이다. 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 15는, 제3 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 프린트 회로 기판(21B)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 송풍기 제어 회로(216)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 또한, 배터리 시스템(500)은, 배터리 모듈(100)을 방열시키기 위한 송풍기(581)를 더 구비한다. 송풍기 제어 회로(216)는, 프린트 회로 기판(21B)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, 송풍기(581)와 접속된다.
주 제어부(300)는, 프린트 회로 기판(21A)의 CAN 통신 회로(203) 및 프린트 회로 기판(21A, 21B)의 셀 특성 검출 회로(1)의 각 시리얼 통신 회로(24)를 통해 복수의 배터리 모듈(100)의 셀 정보를 송풍기 제어 회로(216)에 제공한다. 송풍기 제어 회로(216)는, 배터리 모듈(100)의 셀 정보에 기초하여, 송풍기(581)의 온 및 오프의 전환 및 송풍기(581)의 회전 속도를 제어한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 프린트 회로 기판(21B)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 송풍기(581)를 제어하는 송풍기 제어 기능을 갖는다.
이 경우, 셀 특성 검출 회로(1)와 송풍기 제어 회로(216) 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21B) 상에 형성된다. 또한, 송풍기 제어 회로(216)의 송풍기 제어 기능에 의해 송풍기(581)가 제어되므로, 배터리 시스템(500)에 송풍기(581)를 제어하기 위한 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[4] 제4 실시 형태
제4 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 16은, 제4 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 프린트 회로 기판(21B)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 전류 검출 회로(210)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 또한, 프린트 회로 기판(21C)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 연산 회로(219)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 복수의 버스 바(40)의 1개 대신에 후술하는 전압 전류 버스 바(40y)가 설치되어 있다. 전류 검출 회로(210)는, 프린트 회로 기판(21B)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, 전압 전류 버스 바(40y)와 접속된다. 또한, 연산 회로(219)는, 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속된다.
도 17은, 배터리 모듈(100)에 있어서의 전압 전류 버스 바(40y) 및 FPC 기판(50)을 도시하는 확대 평면도이다. 도 17에 도시한 바와 같이, 프린트 회로 기판(21B)의 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, H2가 일정 간격으로 서로 평행하게 형성되어 있다. 땜납 패턴 H1은 2개의 전극 접속 구멍(43) 사이에서 한쪽의 전극 접속 구멍(43)의 근방에 배치되고, 땜납 패턴 H2는 전극 접속 구멍(43) 사이에서 다른 쪽의 전극 접속 구멍(43)의 근방에 배치된다. 전압 전류 버스 바(40y)에 있어서의 땜납 패턴 H1, H2 사이에 형성되는 저항을 전류 검출용의 션트 저항 RS라 칭한다.
전압 전류 버스 바(40y)의 땜납 패턴 H1은, 도체선(51, 52) 및 접속 단자(22)를 통해 전류 검출 회로(210)의 증폭 회로(201)의 한쪽의 입력 단자에 접속된다. 마찬가지로, 전압 전류 버스 바(40y)의 땜납 패턴 H2는, 도체선(51), PTC 소자(60), 도체선(52) 및 접속 단자(22)를 통해 증폭 회로(201)의 다른 쪽의 입력 단자에 접속된다.
증폭 회로(201)에 의해 증폭된 땜납 패턴 H1, H2 사이의 전압은, A/D 변환기(202)에 의해 디지털 값으로 변환되고, 프린트 회로 기판(21B, 21C)의 셀 특성 검출 회로(1)의 각 시리얼 통신 회로(24)(도 16 참조)를 통해 프린트 회로 기판(21C)의 연산 회로(219)(도 16 참조)에 공급된다.
연산 회로(219)는, 예를 들어 CPU 및 메모리를 포함하고, 연산 기능을 갖는다. 연산 회로(219)가 구비하는 메모리에는, 미리 전압 전류 버스 바(40y)에 있어서의 땜납 패턴 H1, H2 사이의 션트 저항 RS의 값이 기억되어 있다. 연산 회로(219)의 CPU는, A/D 변환기(202)로부터 출력되는 디지털 값에 기초하여 땜납 패턴 H1, H2 사이의 전압을 검출한다.
또한, 연산 회로(219)는, 땜납 패턴 H1, H2 사이의 전압을 메모리에 기억된 션트 저항 RS의 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.
또한, 연산 회로(219)는, 복수의 배터리 셀(10)의 전압 및 온도 및 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류로부터 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출한다. 여기서, 연산 회로(219)는, 임의의 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량보다도 큰 것을 검출한 경우, 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 시리얼 통신 회로(24)를 통해 충전량이 큰 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자 SW(도 3 참조)를 온으로 한다.
이에 의해, 그 배터리 셀(10)에 충전된 전하가 저항 R(도 3 참조)을 통해 방전된다. 그 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량과 대략 동등해질 때까지 저하하면, 연산 회로(219)는 그 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자 SW를 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.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 프린트 회로 기판(21B)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)의 파라미터를 검출하는 기능으로서, 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 전압의 형태로 검출하는 전류 검출 기능을 갖는다. 또한, 프린트 회로 기판(21C)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류의 값을 산출함과 함께 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출하는 연산 기능 및 복수의 배터리 셀(10)의 충전량을 균등화하는 균등화 제어 기능을 갖는다.
이 경우, 셀 특성 검출 회로(1)와 전류 검출 회로(210) 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21B) 상에 형성되고, 셀 특성 검출 회로(1)와 연산 회로(219) 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21C) 상에 형성된다. 또한, 전류 검출 회로(210)의 전류 검출 기능에 의해 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류가 검출되므로, 전류를 검출하기 위한 검출 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 또한, 연산 회로(219)의 연산 기능에 의해 전류의 값의 산출 및 충전량의 산출이 행해지므로, 전류의 값의 산출 및 충전량의 산출을 행하기 위한 연산 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 또한, 연산 회로(219)의 균등화 제어 기능에 의해 복수의 배터리 셀(10)의 충전량의 균등화 제어가 행해지므로, 충전량의 균등화 제어를 행하기 위한 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[5] 제5 실시 형태
제5 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 18은, 제5 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 18에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 프린트 회로 기판(21A)에는, 셀 특성 검출 회로(1) 및 CAN 통신 회로(203)를 포함하는 제어 관련 회로(2)와 함께, 워치도그 회로(220)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 워치도그 회로(220)는, CAN 통신 회로(203)와 접속됨과 함께, 콘택터(102)와 접속된다.
워치도그 회로(220)는, 예를 들어 CAN 통신 회로(203) 등이 갖는 CPU의 이상의 유무를 감시한다. CPU가 정상적으로 동작하고 있는 경우에는, 임의의 일정 주기의 신호가 CPU로부터 워치도그 회로(220)로 보내진다. 한편, CPU에 이상이 발생한 경우에는, 신호는 워치도그 회로(220)로 보내지지 않는다. 이 경우, 워치도그 회로(220)는 CPU에 재기동의 제어를 행한다. 이에 의해, CPU가 이상으로부터 회복한다.
CAN 통신 회로(203)의 CPU에 이상이 발생한 경우, 각 배터리 모듈(100)의 셀 특성이 전동 차량의 주 제어부(300)에 제공되지 않는다. 그로 인해, 배터리 모듈(100)에 이상이 발생해도, 콘택터(102)의 온 및 오프가 제어되지 않는다.
따라서, 워치도그 회로(220)는, CAN 통신 회로(203)의 CPU에 이상이 발생한 경우에는, 콘택터(102)를 오프로 한다. 이에 의해, 각 배터리 모듈(100)에 흐르는 전류가 차단되어, 배터리 모듈(100)의 이상 발열이 방지된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 예를 들어 CAN 통신 회로(203)의 CPU의 재기동을 제어하는 워치도그 기능 및 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어하는 콘택터 제어 기능을 갖는다.
이 경우, CAN 통신 회로(203)와 워치도그 회로(220) 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21A) 상에 형성된다. 또한, 워치도그 회로(220)의 워치도그 기능에 의해 CPU의 재기동이 제어되므로, CPU를 제어하기 위한 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[6] 제6 실시 형태
제6 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 19는, 제6 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 19에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 프린트 회로 기판(21A)에는, CAN 통신 회로(203)를 포함하는 제어 관련 회로(2) 외에, 전력 공급 회로(217)를 포함하는 제어 관련 회로(2) 및 차량 기동 검출 회로(218)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 또한, 전동 차량은, 기동시에 기동 신호를 발생하는 기동 신호 발생부(301)를 구비한다.
전력 공급 회로(217)는, 프린트 회로 기판(21A)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, 비동력용 배터리(12)와 전원선(502)을 통해 접속된다. 또한, 전력 공급 회로(217)는, 도체선(56)을 통해 프린트 회로 기판(21B, 21C)과 접속된다. 전력 공급 회로(217)는, DC-DC 컨버터를 포함하고, 비동력용 배터리(12)로부터의 전압을 저전압으로 변환한다.
차량 기동 검출 회로(218)는, 프린트 회로 기판(21A)의 전력 공급 회로(217)와 접속됨과 함께, 기동 신호 발생부(301)와 접속된다. 또한, 기동 신호 발생부(301)는 주 제어부(300)와도 접속된다.
차량 기동 검출 회로(218)는, 기동 신호 발생부(301)에 의해 발생되는 기동 신호를 검출한다. 기동 신호가 검출된 경우, 차량 기동 검출 회로(218)는, 전력 공급 회로(217)를 기동한다. 기동된 전력 공급 회로(217)는, DC-DC 컨버터에 의해 얻어진 저전압을 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 각 셀 특성 검출 회로(1)에 전원으로서 공급한다. 이에 의해, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 각 셀 특성 검출 회로(1)가 기동한다.
구체적으로는, 프린트 회로 기판(21A)의 셀 특성 검출 회로(1)는, 동일한 프린트 회로 기판(21A) 상에 있는 전력 공급 회로(217)로부터 공급되는 저전압에 의해 기동한다. 또한, 프린트 회로 기판(21B)의 셀 특성 검출 회로(1) 및 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)는, 도체선(56)을 통해 전력 공급 회로(217)로부터 공급되는 저전압에 의해 기동한다.
각 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 셀 특성 검출 회로(1)가 기동함으로써, 각 시리얼 통신 회로(24)가 기동한다. 그 결과, 프린트 회로 기판(21A 내지 21C) 사이의 시리얼 통신이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)에 전력을 공급하는 기능으로서, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 셀 특성 검출 회로(1)에 전력을 공급하는 전력 공급 기능을 갖는다. 또한, 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 전동 차량의 기동에 응답하여, 각 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)의 기동을 제어하는 기동 제어 기능을 갖는다.
이 경우, 셀 특성 검출 회로(1)와 전력 공급 회로(217) 사이의 배선 및 전력 공급 회로(217)와 차량 기동 검출 회로(218) 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21A) 상에 형성된다. 또한, 차량 기동 검출 회로(218)의 기동 제어 기능에 의해 각 시리얼 통신 회로(24)의 기동이 제어되므로, 시리얼 통신 회로(24)의 기동을 제어하기 위한 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 또한, 전력 공급 회로(217)의 전력 공급 기능에 의해 전력이 공급되므로, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 각각에 전력 공급 유닛을 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[7] 제7 실시 형태
제7 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 20은, 제7 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 20에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 프린트 회로 기판(21B)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 총 전압 검출 회로(213)를 포함하는 제어 관련 회로(2) 및 누전 검출 회로(214)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 또한, 프린트 회로 기판(21C)에는, 콘택터 제어 회로(215)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다.
총 전압 검출 회로(213)는, 프린트 회로 기판(21B)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, 누전 검출 회로(214)와 접속된다. 또한, 총 전압 검출 회로(213)는, 도체선(53)을 통해 전압 단자 V1, V2와 접속된다. 누전 검출 회로(214)는, 프린트 회로 기판(21B)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, 총 전압 검출 회로(213)와 접속된다. 콘택터 제어 회로(215)는, 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, 콘택터(102)와 접속된다.
총 전압 검출 회로(213)는, 전압 단자 V1의 전압과 전압 단자 V2의 전압과의 차(직렬로 접속된 복수의 배터리 셀(10)의 가장 고전위의 플러스 전극과 가장 저전위의 마이너스 전극과의 사이의 전압차; 이하, 총 전압이라 칭함)를 검출한다. 총 전압의 값은, 누전 검출 회로(214)에 제공됨과 함께, 프린트 회로 기판(21A, 21B)의 셀 특성 검출 회로(1)의 각 시리얼 통신 회로(24) 및 프린트 회로 기판(21A)의 CAN 통신 회로(203)를 통해 주 제어부(300)에 제공된다.
누전 검출 회로(214)는, 검출된 총 전압의 값에 기초하여 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출한다. 누전 검출 회로(214)로부터 누전의 유무를 나타내는 누전 검출 신호가 프린트 회로 기판(21B, 21C)의 셀 특성 검출 회로(1)의 각 시리얼 통신 회로(24)를 통해 콘택터 제어 회로(215)에 제공된다.
콘택터 제어 회로(215)는, 누전 검출 회로(214)로부터의 누전 검출 신호에 기초하여 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 프린트 회로 기판(21B)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)의 파라미터를 검출하는 기능으로서, 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압을 검출하는 총 전압 검출 기능 및 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출하는 누전 검출 기능을 갖는다. 또한, 프린트 회로 기판(21C)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어하는 콘택터 제어 기능을 갖는다.
이 경우, 셀 특성 검출 회로(1)와 총 전압 검출 회로(213)와 누전 검출 회로(214)와의 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21B) 상에 형성되고, 셀 특성 검출 회로(1)와 콘택터 제어 회로(215)와의 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21C) 상에 형성된다. 또한, 총 전압 검출 회로(213)의 총 전압 검출 기능에 의해 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압이 검출되므로, 총 전압을 검출하기 위한 검출 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 또한, 누전 검출 회로(214)의 누전 검출 기능에 의해 복수의 배터리 셀(10)의 누전이 검출되므로, 누전을 검출하기 위한 검출 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 또한, 콘택터 제어 회로(215)의 콘택터 제어 기능에 의해 콘택터(102)가 제어되므로, 콘택터(102)를 제어하기 위한 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[8] 제8 실시 형태
제8 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제2 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다. 도 21은, 제8 실시 형태에 있어서의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 프린트 회로 기판(21A)에, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 전류 검출 회로(210)를 포함하는 제어 관련 회로(2), 총 전압 검출 회로(213)를 포함하는 제어 관련 회로(2), 누전 검출 회로(214)를 포함하는 제어 관련 회로(2), 콘택터 제어 회로(215)를 포함하는 제어 관련 회로(2), 송풍기 제어 회로(216)를 포함하는 제어 관련 회로(2), 전력 공급 회로(217)를 포함하는 제어 관련 회로(2), 차량 기동 검출 회로(218)를 포함하는 제어 관련 회로(2), 연산 회로(219)를 포함하는 제어 관련 회로(2) 및 워치도그 회로(220)를 포함하는 제어 관련 회로(2)가 실장된다.
본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)은, 배터리 모듈(100)을 방열시키기 위한 송풍기(581)를 더 구비한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 복수의 버스 바(40)의 1개 대신에 도 17의 전압 전류 버스 바(40y)가 설치되어 있다. 또한, 전동 차량은, 기동시에 기동 신호를 발생하는 기동 신호 발생부(301)를 구비한다.
전류 검출 회로(210)는, 연산 회로(219)와 접속됨과 함께, 전압 전류 버스 바(40y)와 접속된다. 또한, 연산 회로(219)는, 프린트 회로 기판(21A)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, CAN 통신 회로(203) 및 송풍기 제어 회로(216)와 접속된다.
전류 검출 회로(210)는, 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 전압의 형태로 검출하여, 연산 회로(219)에 공급한다. 연산 회로(219)는, 전류 검출 회로(210)로부터의 전압의 값에 기초하여 전류의 값을 산출한다. 또한, 연산 회로(219)는, 셀 정보로부터 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출한다. 여기서, 연산 회로(219)는, 임의의 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량보다도 큰 것을 검출한 경우, 각 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 시리얼 통신 회로(24)를 통해 충전량이 큰 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자 SW(도 3 참조)를 온으로 한다.
이에 의해, 그 배터리 셀(10)에 충전된 전하가 저항 R(도 3 참조)을 통해 방전된다. 그 배터리 셀(10)의 충전량이 다른 배터리 셀(10)의 충전량과 대략 동등해질 때까지 저하하면, 연산 회로(219)는 그 배터리 셀(10)에 접속된 스위칭 소자 SW를 오프로 한다. 이와 같이 하여, 모든 배터리 셀(10)의 충전량이 대략 균등하게 유지된다.
송풍기 제어 회로(216)는, 연산 회로(219)와 접속됨과 함께, 송풍기(581)와 접속된다. 연산 회로(219)는, 복수의 배터리 모듈(100)의 셀 정보를 송풍기 제어 회로(216)에 제공한다. 송풍기 제어 회로(216)는, 배터리 모듈(100)의 셀 정보에 기초하여, 송풍기(581)의 온 및 오프의 전환 및 송풍기(581)의 회전 속도를 제어한다.
총 전압 검출 회로(213)는, CAN 통신 회로(203)와 접속됨과 함께, 누전 검출 회로(214)와 접속된다. 또한, 총 전압 검출 회로(213)는, 도체선(53)을 통해 전압 단자 V1, V2와 접속된다. 누전 검출 회로(214)는, 총 전압 검출 회로(213)와 접속됨과 함께, 콘택터 제어 회로(215)와 접속된다. 콘택터 제어 회로(215)는, 누전 검출 회로(214)와 접속됨과 함께, 콘택터(102)와 접속된다.
총 전압 검출 회로(213)는, 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압을 검출한다. 총 전압의 값은, 누전 검출 회로(214)에 제공됨과 함께, CAN 통신 회로(203)를 통해 주 제어부(300)에 제공된다.
누전 검출 회로(214)는, 검출된 총 전압의 값에 기초하여 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출한다. 누전 검출 회로(214)로부터 누전의 유무를 나타내는 누전 검출 신호가 콘택터 제어 회로(215)에 제공된다.
콘택터 제어 회로(215)는, 누전 검출 회로(214)로부터의 누전 검출 신호에 기초하여 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어한다.
전력 공급 회로(217)는, 프린트 회로 기판(21A)의 셀 특성 검출 회로(1)와 접속됨과 함께, 비동력용 배터리(12)와 전원선(502)을 통해 접속된다. 또한, 전력 공급 회로(217)는, 도체선(56)을 통해 프린트 회로 기판(21B, 21C)과 접속된다. 전력 공급 회로(217)는, DC-DC 컨버터를 포함하고, 비동력용 배터리(12)로부터의 전압을 저전압으로 변환한다.
차량 기동 검출 회로(218)는, 프린트 회로 기판(21A)의 전력 공급 회로(217)와 접속됨과 함께, 기동 신호 발생부(301)와 접속된다. 또한, 기동 신호 발생부(301)는 주 제어부(300)와도 접속된다.
차량 기동 검출 회로(218)는, 기동 신호 발생부(301)에 의해 발생되는 기동 신호를 검출한다. 기동 신호가 검출된 경우, 차량 기동 검출 회로(218)는, 전력 공급 회로(217)를 기동한다. 기동된 전력 공급 회로(217)는, DC-DC 컨버터에 의해 얻어진 저전압을 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 각 셀 특성 검출 회로(1)에 전원으로서 공급한다. 이에 의해, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 각 셀 특성 검출 회로(1)가 기동한다.
각 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 셀 특성 검출 회로(1)가 기동함으로써, 각 시리얼 통신 회로(24)가 기동한다. 그 결과, 프린트 회로 기판(21A 내지 21C) 사이의 시리얼 통신이 가능해진다.
워치도그 회로(220)는, CAN 통신 회로(203)와 접속됨과 함께, 콘택터(102)와 접속된다. 워치도그 회로(220)는, 예를 들어 CAN 통신 회로(203) 등이 갖는 CPU의 이상의 유무를 감시한다. CPU가 정상적으로 동작하고 있는 경우에는, 임의의 일정 주기의 신호가 CPU로부터 워치도그 회로(220)로 보내진다. 한편, CPU에 이상이 발생한 경우에는, 신호는 워치도그 회로(220)로 보내지지 않는다. 이 경우, 워치도그 회로(220)는 CPU에 재기동의 제어를 행한다. 이에 의해, CPU가 이상으로부터 회복된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)의 파라미터를 검출하는 기능으로서, 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 전압의 형태로 검출하는 전류 검출 기능, 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압을 검출하는 총 전압 검출 기능 및 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출하는 누전 검출 기능을 갖는다.
또한, 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 배터리 셀(10)에 관한 제어를 행하는 기능으로서, 전동 차량의 주 제어부(300)와 CAN 통신을 행하는 CAN 통신 기능, 콘택터(102)의 온 및 오프를 제어하는 콘택터 제어 기능, 송풍기(581)를 제어하는 송풍기 제어 기능, 전동 차량의 기동에 응답하여 각 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)의 기동을 제어하는 기동 제어 기능, 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류의 값을 산출함과 함께 각 배터리 셀(10)의 충전량을 산출하는 연산 기능, 복수의 배터리 셀(10)의 충전량을 균등화하는 균등화 제어 기능 및 CAN 통신 회로(203)의 CPU의 재기동을 제어하는 워치도그 기능을 갖는다.
또한, 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)는, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)에 전력을 공급하는 기능으로서, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 셀 특성 검출 회로(1)에 전력을 공급하는 전력 공급 기능을 갖는다.
이 경우, 셀 특성 검출 회로(1) 및 복수의 제어 관련 회로(2) 사이의 배선이 프린트 회로 기판(21A) 상에 형성된다.
또한, 전류를 검출하기 위한 검출 유닛, 총 전압을 검출하기 위한 검출 유닛 및 누전을 검출하기 위한 검출 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다.
또한, CAN 통신 기능을 갖는 제어 유닛, 콘택터(102)를 제어하기 위한 제어 유닛, 송풍기(581)를 제어하기 위한 제어 유닛 및 시리얼 통신 회로(24)의 기동을 제어하기 위한 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다.
또한, 전류의 값의 산출 및 충전량의 산출을 행하기 위한 연산 유닛, 충전량의 균등화 제어를 행하기 위한 제어 유닛 및 CPU를 제어하기 위한 제어 유닛을 별도로 설치할 필요가 없다.
또한, 복수의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)의 각각에 전력 공급 유닛을 설치할 필요가 없다.
이에 의해, 배터리 시스템(500)의 배선을 보다 단순화할 수 있음과 함께, 배터리 시스템(500)을 보다 소형화할 수 있다.
[9] 제9 실시 형태
이하, 제9 실시 형태에 관한 배터리 시스템에 대해, 제1 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)과 상이한 점을 설명한다.
도 22는, 제9 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500) 내의 배터리 모듈(100A 내지 100D)의 접속 및 배선의 일례를 도시하는 모식적 평면도이다. 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)은, 배터리 모듈(100A 내지 100D), 프린트 회로 기판(21A 내지 21D), 콘택터(102), HV(High Voltage; 고압) 커넥터(520), 서비스 플러그(530) 및 송풍기(581)를 구비한다.
도 22에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 배터리 모듈(100C)의 단부면 E2와 배터리 모듈(100D)의 단부면 E1이 마주 보도록 배치되고, 배터리 모듈(100B)의 단부면 E1과 배터리 모듈(100A)의 단부면 E2가 마주 보도록 배치된다. 또한, 배터리 모듈(100C)의 측면 E4와 배터리 모듈(100B)의 측면 E4가 마주 보도록 배치되고, 배터리 모듈(100D)의 측면 E4와 배터리 모듈(100A)의 측면 E4가 마주 보도록 배치된다. 또한, 배터리 모듈(100C)의 단부면 E1 및 배터리 모듈(100B)의 단부면 E2가 측벽(550d)을 향하도록 배치되고, 배터리 모듈(100D)의 단부면 E2 및 배터리 모듈(100A)의 단부면 E1이 측벽(550b)을 향하도록 배치된다.
배터리 모듈(100A, 100B)의 측면 E3과 측벽(550c) 사이의 영역에, 서비스플러그(530), HV 커넥터(520) 및 콘택터(102)가 이 순서대로 측벽(550d)으로부터 측벽(550b)으로 배열되도록 배치된다. HV 커넥터(520)는 전압 단자 V1, V2를 갖는다. 케이싱(550)의 측벽(550b)에는 전압 단자 V3, V4 및 통신 단자 C가 설치된다. 측벽(550c)에는 HV 커넥터(520)의 전압 단자 V1, V2가 설치된다. 측벽(550d)에는 송풍기 단자 F가 설치된다. 통신 단자 C 및 전압 단자 V3, V4의 접속 및 배선은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
프린트 회로 기판(21A 내지 21D)은, 배터리 모듈(100A 내지 100D)에 각각 대응하도록 설치된다. 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)의 각각에는, 대응하는 배터리 모듈(100A 내지 100D)의 복수의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출하는 셀 특성 검출 기능을 갖는 셀 특성 검출 회로(1)가 실장된다. 또한, 프린트 회로 기판(21A, 21C)에는, 셀 특성 검출 회로(1)와 함께, 각 배터리 셀(10)의 셀 특성 검출 기능과는 상이한 기능을 갖는 제어 관련 회로(2)가 실장된다. 프린트 회로 기판(21A)의 제어 관련 회로(2)는 CAN 통신 회로(203) 및 콘택터 제어 회로(215)를 포함한다. 프린트 회로 기판(21C)의 제어 관련 회로(2)는 송풍기 제어 회로(216)를 포함한다. 또한, 프린트 회로 기판(21A)의 CAN 통신 회로(203)의 도시는 생략하고 있다.
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(100C)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)과 배터리 모듈(100D)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(100C)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(100A, 100B)로 이루어지는 직렬 회로와 배터리 모듈(100C, 100D)로 이루어지는 직렬 회로가 전기적으로 분리된다. 이 경우, 4개의 배터리 모듈(100A 내지 100D) 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(100A 내지 100D) 사이의 전류 경로가 확실하게 차단된다. 이에 의해, 유지 보수시의 안전성이 충분히 확보된다. 또한, 각 배터리 모듈(100A 내지 100D)의 전압이 서로와 동등한 경우에는, 배터리 모듈(100A, 100B)로 이루어지는 직렬 회로의 총 전압과 배터리 모듈(100C, 100D)로 이루어지는 직렬 회로의 총 전압이 동등해진다. 그로 인해, 유지 보수시에 배터리 시스템(500) 내에 높은 전압이 발생하는 것이 방지된다.
배터리 모듈(100A)의 가장 고전위의 플러스 전극(10a)은, 전원선(501)에 의해 콘택터(102)를 통해 HV 커넥터(520)의 전압 단자 V1에 접속된다. 배터리 모듈(100D)의 가장 저전위의 마이너스 전극(10b)은, 전원선(501)에 의해 콘택터(102)를 통해 HV 커넥터(520)의 전압 단자 V2에 접속된다. 이 경우, 전동 차량의 모터 등을 전압 단자 V1, V2 사이에 접속함으로써, 직렬 접속된 배터리 모듈(100A 내지 100D)의 전력을 모터 등에 공급하는 것이 가능해진다.
프린트 회로 기판(21A)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)(도 2 참조)와 프린트 회로 기판(21B)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)는, 통신선 P1을 통해 서로 접속된다. 프린트 회로 기판(21B)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)와 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)는, 통신선 P2를 통해 서로 접속된다. 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)와 프린트 회로 기판(21D)의 셀 특성 검출 회로(1)의 시리얼 통신 회로(24)는, 통신선 P3을 통해 서로 접속된다. 통신선 P1 내지 P3에 의해 버스가 구성된다.
본 실시 형태에서는, 프린트 회로 기판(21A)이 통신 단자 C 및 콘택터(102)의 근방에 배치된다. 프린트 회로 기판(21A)의 CAN 통신 회로(203)가, 도체선에 의해 통신 단자 C에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 주 제어부(300)가 통신 가능해진다. 또한, 프린트 회로 기판(21A)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.
프린트 회로 기판(21C)이 송풍기 단자 F의 근방에 배치된다. 송풍기(581)는 송풍기 단자 F에 접속된다. 또한, 프린트 회로 기판(21C)의 송풍기 제어 회로(216)가, 도체선(55)에 의해 송풍기 단자 F에 접속된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)는, 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도를 제어하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 프린트 회로 기판(21A)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 CAN 통신 회로(203) 및 콘택터 제어 회로(215)를 포함한다. 그것에 의해, 배터리 모듈(100A 내지 100D)의 시리얼 통신 회로(24)와 전동 차량의 주 제어부(300) 사이에서 CAN 통신 회로(203)를 통해 통신을 행할 수 있다. 또한, 콘택터(102)의 온 및 오프가 제어된다.
또한, 프린트 회로 기판(21C)이 제어 관련 회로(2)를 포함하고, 제어 관련 회로(2)가 송풍기 제어 회로(216)를 포함한다. 그것에 의해, 송풍기(581)의 온 및 오프, 또는 송풍기(581)의 회전 속도가 제어된다.
따라서, 송풍기 제어 유닛, CAN 통신 유닛 및 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 송풍기 제어 기능 및 콘택터 제어 기능을 갖지 않아도 좋으므로, 주 제어부(300)의 처리의 부담이 경감된다.
프린트 회로 기판(21A)이 통신 단자 C 및 콘택터(102)의 근방에 배치된다. 즉, CAN 통신 회로(203) 및 콘택터 제어 회로(215)를 갖는 프린트 회로 기판(21A)이 다른 프린트 회로 기판(21B 내지 21C)보다도 통신 단자 C 및 콘택터(102)에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 통신 단자 C를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있음과 함께, 제어 관련 회로(2)와 콘택터(102)를 접속하는 배선(도체선(54))을 짧게 할 수 있다.
또한, 프린트 회로 기판(21C)이 송풍기 단자 F의 근방에 배치된다. 즉, 송풍기 제어 회로(216)를 갖는 프린트 회로 기판(21C)이 다른 프린트 회로 기판(21A, 21B, 21D)보다도 송풍기 단자 F에 가까운 위치에 배치된다. 이에 의해, 제어 관련 회로(2)와 송풍기 단자 F를 접속하는 배선(도체선(55))을 짧게 할 수 있다.
[10] 제10 실시 형태
이하, 제10 실시 형태에 관한 전동 차량에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 전동 차량은, 제1 내지 제9 중 어느 하나의 실시 형태에 관한 배터리 시스템을 구비한다. 또한, 이하에서는, 전동 차량의 일례로서 전동 자동차를 설명한다.
도 23은, 배터리 시스템(500)을 구비하는 전동 자동차의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 23에 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, 상기와 같이, 배터리 시스템(500)에는, 비동력용 배터리(12) 및 기동 신호 발생부(301)가 접속된다. 또한, 배터리 시스템(500)은, 전력 변환부(601)를 통해 모터(602)에 접속됨과 함께, 주 제어부(300)에 접속된다. 상술한 바와 같이, 주 제어부(300)에는, 배터리 시스템(500)의 프린트 회로 기판(21A)의 CAN 통신 회로(203)(도 2 참조)로부터 복수의 배터리 모듈(100)(도 1 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 조작되고 있지 않은 상태를 기준으로 하여 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량을 검출한다. 검출된 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량이 주 제어부(300)에 공급된다.
기동 신호 발생부(301)는, 전동 자동차(600)가 기동할 때에 기동 신호를 발생한다. 기동 신호는, 배터리 시스템(500) 및 주 제어부(300)에 공급된다.
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 공급된다.
회전 속도 센서(606)는, 모터(602)의 회전 속도를 검출한다. 검출된 회전 속도는, 주 제어부(300)에 공급된다.
주 제어부(300)는, 기동 신호 발생부(301)로부터의 기동 신호를 검출함으로써 기동한다. 또한, 상기와 같이, 주 제어부(300)에는, 배터리 모듈(100)의 셀 정보, 액셀러레이터 페달(604a)의 조작량, 브레이크 페달(605a)의 조작량, 및 모터(602)의 회전 속도가 공급된다. 주 제어부(300)는, 이들 정보에 기초하여, 배터리 모듈(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(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 공급한다.
상기의 제어 신호를 받은 전력 변환부(601)는, 배터리 시스템(500)으로부터 공급된 전력을, 구동륜(603)을 구동하기 위해 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(100)의 충전에 적합한 전력으로 변환하여, 배터리 모듈(100)에 공급한다. 그것에 의해, 배터리 모듈(100)이 충전된다.
상기와 같이, 본 실시 형태에 관한 전동 자동차(600)에는, 제1 내지 제9 중 어느 하나의 실시 형태에 관한 배터리 시스템이 설치된다. 이에 의해, 전동 자동차(600)에 있어서의 배선을 단순화함과 함께, 전동 자동차(600)를 소형화하는 것이 가능해진다.
[11] 다른 실시 형태
(1) 제1 및 제9 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)은 4개의 배터리 모듈(100) 및 4개의 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)을 갖고, 제2 내지 제8 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)은 4개의 배터리 모듈(100) 및 3개의 프린트 회로 기판(21A 내지 21C)을 갖지만, 이것에 한정되지 않는다.
배터리 시스템(500)은, 3개 이하의 배터리 모듈(100)을 갖고 있어도 좋고, 5개 이상의 배터리 모듈(100)을 갖고 있어도 좋다. 또한, 배터리 시스템(500)은, 2개 이하의 프린트 회로 기판을 갖고 있어도 좋고, 5개 이상의 프린트 회로 기판을 갖고 있어도 좋다. 또한, 배터리 모듈(100)이 다수의 배터리 셀(10)을 포함하는 경우에는, 배터리 시스템(500)은, 배터리 모듈(100)의 수보다도 많은 프린트 회로 기판을 갖고 있어도 좋다.
(2) 제1 내지 제7 및 제9 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 1개의 프린트 회로 기판 상에, CAN 통신 기능, 송풍기 제어 기능, 전류 검출 기능, 연산 기능, 균등화 제어 기능, 워치도그 기능, 기동 제어 기능, 전력 공급 기능, 총 전압 검출 기능, 누전 검출 회로 기능 및 콘택터 제어 기능(이하, 제어 관련 기능이라 칭함) 중 3종류 이하가 실장되었지만, 이것에 한정되지 않는다. 1개의 프린트 회로 기판 상에 4종류 이상의 제어 관련 기능이 실장되어도 좋다.
(3) 제8 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 1개의 프린트 회로 기판 상에, 모든 제어 관련 기능이 실장되었지만, 이것에 한정되지 않는다. 복수의 제어 관련 기능이 복수의 프린트 회로 기판에 분산하여 실장되어도 좋다.
(4) 제4 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 전류 검출 기능이 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 전압의 형태로 검출하고, 연산 기능이 전류 검출 기능으로부터의 전압의 값에 기초하여 전류의 값을 산출하지만, 이것에 한정되지 않는다.
배터리 시스템(500)이 전류 검출 기능을 갖지 않는 경우에는, 전동 차량의 주 제어부(300)가 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 전압의 형태로 검출하고, 연산 기능이 전동 차량의 주 제어부(300)로부터의 전압의 값에 기초하여 전류의 값을 산출해도 좋다.
마찬가지로, 배터리 시스템(500)이 연산 기능을 갖지 않는 경우에는, 전류 검출 기능이 복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류를 전압의 형태로 검출하고, 전동 차량의 주 제어부(300)가 전류 검출 기능으로부터의 전압의 값에 기초하여 전류의 값을 산출해도 좋다.
(5) 제5 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 워치도그 기능이 CAN 통신 회로(203)의 CPU의 이상의 유무를 감시하지만, 이것에 한정되지 않는다. 워치도그 기능은, 예를 들어 시리얼 통신 회로(24), 연산 회로(219) 또는 전동 차량의 주 제어부(300) 등이 갖는 CPU의 이상의 유무를 감시해도 좋다.
(6) 제7 실시 형태에 관한 배터리 시스템(500)에 있어서는, 총 전압 검출 기능이 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압을 검출하고, 누전 검출 기능이 총 전압 검출 기능으로부터의 총 전압의 값에 기초하여 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출하고, 콘택터 제어 기능이 누전 검출 기능으로부터의 누전 검출 신호에 기초하여 콘택터(102)를 제어하지만, 이것에 한정되지 않는다.
배터리 시스템(500)이 총 전압 검출 기능 및 누전 검출 기능 중 적어도 한쪽을 갖지 않는 경우에는, 전동 차량의 주 제어부(300)가, 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압을 검출함과 함께, 총 전압의 값에 기초하여 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출하고, 콘택터 제어 기능이 전동 차량의 주 제어부(300)로부터의 누전 검출 신호에 기초하여 콘택터(102)를 제어해도 좋다.
마찬가지로, 배터리 시스템(500)이 누전 검출 기능 및 콘택터 제어 기능 중 적어도 한쪽을 갖지 않는 경우에는, 총 전압 검출 기능이 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압을 검출하고, 전동 차량의 주 제어부(300)가, 총 전압 검출 기능으로부터의 총 전압의 값에 기초하여 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출함과 함께, 누전 검출 신호에 기초하여 콘택터(102)를 제어해도 좋다.
또한, 배터리 시스템(500)이 총 전압 검출 기능 및 콘택터 제어 기능 중 적어도 한쪽을 갖지 않는 경우에는, 전동 차량의 주 제어부(300)가 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압을 검출하고, 누전 검출 기능이 전동 차량의 주 제어부(300)로부터의 총 전압의 값에 기초하여 복수의 배터리 셀(10)의 누전의 유무를 검출하고, 전동 차량의 주 제어부(300)가 누전 검출 기능으로부터의 누전 검출 신호에 기초하여 콘택터(102)를 제어해도 좋다.
(7) 제1 내지 제9 실시 형태에 있어서, 배터리 셀(10)은 대략 직육면체 형상을 갖지만, 이것에 한정되지 않는다. 배터리 셀(10)은 원통형 형상을 갖고 있어도 좋다.
(8) 제2 실시 형태에 있어서, 프린트 회로 기판(21A, 21B)의 셀 특성 검출 회로(1)는, 대응하는 배터리 모듈(100)의 복수(제2 실시 형태의 예에서는 18개)의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출한다. 또한, 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)는, 대응하는 배터리 모듈(100) 및 인접하는 다른 1개의 배터리 모듈(100)의 복수(제2 실시 형태의 예에서는 36개)의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출한다.
이와 같이, 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)는, 프린트 회로 기판(21A, 21B)의 셀 특성 검출 회로(1)보다도 다수의 배터리 셀(10)의 셀 특성을 검출한다. 이에 의해, 프린트 회로 기판(21C)의 셀 특성 검출 회로(1)가 프린트 회로 기판(21A, 21B)의 셀 특성 검출 회로(1)보다도 대형화되는 경우에는, 프린트 회로 기판(21A, 21B)(제2 실시 형태의 예에서는 프린트 회로 기판(21A))에 제어 관련 회로(2)를 실장하는 것이 바람직하다. 이 경우, 프린트 회로 기판(21C)의 대형화를 억제할 수 있다. 또한, 프린트 회로 기판(21C)에 있어서의 소비 전력의 증가를 억제할 수 있다.
[12] 청구항의 각 구성 요소와 실시 형태의 각 부와의 대응 관계
이하, 청구항의 각 구성 요소와 실시 형태의 각 부와의 대응의 예에 대해 설명하지만, 본 발명은 하기의 예에 한정되지 않는다.
상기 실시 형태에 있어서는, 배터리 셀(10)이 배터리 셀의 예이고, 프린트 회로 기판(21A 내지 21D)이 회로 기판의 예이고, 복수의 배터리 셀(10)의 전압 및 온도(셀 특성)가 제1 파라미터의 예이며, 셀 특성 검출 기능이 제1 기능의 예이다.
CAN 통신 기능, 송풍기 제어 기능, 전류 검출 기능, 연산 기능, 균등화 제어 기능, 워치도그 기능, 기동 제어 기능, 전력 공급 기능, 총 전압 검출 기능, 누전 검출 기능 또는 콘택터 제어 기능(제어 관련 기능)이 제2 기능의 예이다.
복수의 배터리 셀(10)에 흐르는 전류, 복수의 배터리 셀(10)의 총 전압 또는 복수의 배터리 셀(10)의 누전이 제2 파라미터의 예이며, 전류 검출 기능, 총 전압 검출 기능 또는 누전 검출 기능이 제2 파라미터를 검출하는 기능의 예이다. CAN 통신 기능, 송풍기 제어 기능, 연산 기능, 균등화 제어 기능, 워치도그 기능, 기동 제어 기능 또는 콘택터 제어 기능이 배터리 셀에 관한 제어를 행하는 기능의 예이며, 전력 공급 기능이 회로 기판의 부분에 전력을 공급하는 기능의 예이다. 저항 R 및 스위칭 소자 SW로 이루어지는 직렬 회로가 방전 회로의 예이며, 배터리 시스템(500)이 배터리 시스템의 예이고, 모터(602)가 모터의 예이고, 구동륜(603)이 구동륜의 예이고, 전동 자동차(600)가 전동 차량의 예이다.
청구항의 각 구성 요소로서, 청구항에 기재되어 있는 구성 또는 기능을 갖는 다른 다양한 요소를 사용할 수도 있다.
본 발명은, 전력을 구동원으로 하는 다양한 이동체, 전력의 저장 장치 또는 모바일 기기 등에 유효하게 이용할 수 있다.
1: 셀 특성 검출 회로
2: 제어 관련 회로
10: 배터리 셀
10a: 플러스 전극
10b: 마이너스 전극
10G, 12G: 실장 영역
11: 서미스터
12: 비동력용 배터리
20: 전압 검출 회로
20a: 멀티플렉서
20b, 202: A/D 변환기
20c: 차동 증폭기
21A 내지 21D: 프린트 회로 기판
22: 접속 단자
23, 31: 커넥터
24: 시리얼 통신 회로
25: 절연 소자
26: 절연 영역
40, 40a, 501a: 버스 바
40y: 전압 전류 버스 바
41, 45: 베이스부
42, 46: 장착편
43, 47: 전극 접속 구멍
51 내지 56: 도체선
60: PTC 소자
92: 단부면 프레임
93: 상단부 프레임
94: 하단부 프레임
100, 100A 내지 100D: 배터리 모듈
102: 콘택터
104: 버스
201: 증폭 회로
203: CAN 통신 회로
210: 전류 검출 회로
213: 총 전압 검출 회로
214: 누전 검출 회로
215: 콘택터 제어 회로
216: 송풍기 제어 회로
217: 전력 공급 회로
218: 차량 기동 검출 회로
219: 연산 회로
220: 워치도그 회로
300: 주 제어부
301: 기동 신호 발생부
500: 배터리 시스템
501, 502: 전원선
520: HV 커넥터
530: 서비스 플러그
550: 케이싱
550a 내지 550d: 측벽
560: 하니스
581: 송풍기
600: 전동 자동차
601: 전력 변환부
602: 모터
603: 구동륜
604: 액셀러레이터 장치
604a: 액셀러레이터 페달
604b: 액셀러레이터 검출부
605: 브레이크 장치
605a: 브레이크 페달
605b: 브레이크 검출부
606: 회전 속도 센서
C: 통신 단자
E1, E2: 단부면
E3, E4: 측면
GND1, GND2: 접지 패턴
H1, H2: 땜납 패턴
IF: 외부 인터페이스
P1 내지 P3: 통신선
R: 저항
RS: 션트 저항
SW: 스위칭 소자
V1 내지 V4: 전압 단자

Claims (6)

  1. 복수의 배터리 셀과,
    하나 또는 복수의 회로 기판을 구비하고,
    상기 하나 또는 복수의 회로 기판의 각각은, 각 배터리 셀의 제1 파라미터를 검출하는 제1 기능을 갖고,
    적어도 1개의 회로 기판은, 상기 제1 기능과 상이한 제2 기능을 더 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기능은, 상기 복수의 배터리 셀의 제2 파라미터를 검출하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 기능은, 상기 복수의 배터리 셀에 관한 제어를 행하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 기능은, 상기 제1 기능을 실현하는 상기 하나 또는 복수의 회로 기판의 부분에 전력을 공급하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 복수 설치되고, 상기 복수의 회로 기판의 각각은, 각 배터리 셀을 방전시키는 방전 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 시스템과,
    상기 배터리 시스템의 상기 복수의 배터리 셀로부터의 전력에 의해 구동되는 모터와,
    상기 모터의 회전력에 의해 회전하는 구동륜을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 차량.
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