JP6012595B2 - バッテリモジュール、バッテリシステム、電動車両、移動体、電力貯蔵装置、電源装置および電気機器 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態に係るバッテリモジュールについて説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るバッテリモジュールの構成を示す分解斜視図である。図1、後述の図2〜図7および図9〜図15においては、矢印X,Y,Zで示すように、互いに直交する三方向をX方向、Y方向およびZ方向と定義する。本例では、X方向およびY方向が水平面に平行な方向であり、Z方向が水平面に直交する方向である。また、上方は矢印Zが向く方向である。
バスバー40,40a、蓋部材60およびFPC基板50の詳細について説明する。図2は、蓋部材60を斜め下方から見た斜視図であり、図3は、蓋部材60を斜め上方から見た斜視図である。以下、X方向に沿った蓋部材60の一辺を一側辺と呼び、他辺を他側辺と呼ぶ。蓋部材60の一側辺はバッテリブロック10BBの一側面に沿い、蓋部材60の他辺はバッテリブロック10BBの他側面に沿う。また、バッテリブロック10BBに対向する蓋部材60の面を裏面と呼び、その反対側の蓋部材60の面を表面と呼ぶ。本実施の形態において、蓋部材60の裏面は蓋部材の第1の面の例であり、蓋部材60の表面は蓋部材の第2の面の例である。本例では、蓋部材60の表面が上方に向けられる。
FPC基板50と回路基板70との接続について説明する。図4は、複数のバスバー40,40a、一対のFPC基板50、複数の接続片55および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を下方から見た図である。図5は、FPC基板50および接続片55の構成を示す模式図である。図6は、複数のバスバー40,40a、一対のFPC基板50、複数の接続片55および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を上方から見た図である。以下、一側辺側の凹部62aに嵌合されるバスバー40を一側辺側のバスバー40と呼び、他側辺側の凹部62a,62bに嵌合されるバスバー40,40aを他側辺側のバスバー40,40aと呼ぶ。
複数のバッテリセル10の充電状態にばらつきがあると、各バッテリセル10の充放電の範囲が制限される。それにより、各バッテリセル10の本来的な容量を十分に使用することができない。そこで、バッテリモジュール100においては、複数のバッテリセル10の充電状態を均等化するための均等化処理が行われる。ここで、充電状態とは、例えばSOC(充電率)、残容量、開放電圧、放電深度(DOD)、電流積算値または蓄電量差をいう。
本実施の形態に係るバッテリモジュール100においては、蓋部材60に重なるように一対のFPC基板50および回路基板70が配置され、接続部材PHを介して一対のFPC基板50が回路基板70に接続される。それにより、簡単な構成で一対のFPC基板50が回路基板70に接続される。したがって、バッテリモジュール100の構成が簡素化される。
このように、本実施の形態に係るバッテリモジュールは、複数のバッテリセルを含み、複数のバッテリセルの端子が配置される端子面を有するバッテリブロックと、バッテリブロックの端子面上に配置される蓋部材と、蓋部材に重なるように配置され、複数のバッテリセルの端子電圧を検出するための電圧検出回路を有する回路基板と、蓋部材に重なるように配置され、複数のバッテリセルの端子に電気的に接続される配線部材と、回路基板と配線部材とを電気的に接続する第1の接続部材とを備える。ここで、蓋部材に重なるように配置されるとは、蓋部材の任意の領域を覆うように配置されることをいう。
(1−7−1)他の接続構造
図9は、FPC基板50と回路基板70との他の接続構造を示す模式的断面図である。図9の例について、図7の例と異なる点を説明する。図9の例では、蓋部材60を貫通するようにコネクタCN1が設けられる。コネクタCN1には、FPC基板50の一端が接続される。また、回路基板70の下面にコネクタCN2が設けられる。コネクタCN2は、電圧検出回路71(図6)および複数の放電部DU(図8)に電気的に接続される。コネクタCN1,CN2が互いに接続されることにより、FPC基板50の各電圧検出線51が回路基板70上の電圧検出回路71に接続され、各放電線52が対応する放電部DUに接続される。
上記実施の形態では、複数の電圧検出線51および複数の放電線52を含むFPC基板50が配線部材として用いられるが、これに限らず、他の配線部材が用いられてもよい。例えば、複数の電圧検出線51および複数の放電線52を含むハーネスが配線部材として用いられてもよい。図10は、複数の電圧検出線51および複数の放電線52を含むハーネスと回路基板70との接続構造を示す模式的断面図である。図10の例について、図7の例と異なる点を説明する。
図11は、通信用コネクタ73の他の例を示す模式的側面図である。図11の例について、上記実施の形態と異なる点を説明する。図11の例では、蓋部材60のY方向における長さが、バッテリブロック10BBのY方向における長さよりも大きい。そのため、蓋部材60の一端がバッテリブロック10BBの上面からはみ出すように、蓋部材60がバッテリブロック10BB上に配置される。以下、バッテリブロック10BBの上面かからはみ出した蓋部材60の領域をはみ出し領域PRと呼ぶ。回路基板70は、蓋部材60のはみ出し領域PR上に延びるように設けられる。回路基板70の一端から蓋部材60のはみ出し領域PRを貫通して、下方に突出するように一対の通信用コネクタ73が設けられる。図11には、一方の通信用コネクタ73のみが示される。
FPC基板50および回路基板70が接続部材PH(図7)により互いに接続された状態で、FPC基板50、蓋部材60、回路基板70および接続部材PHが樹脂により一体化されてもよい。図12および図13は、FPC基板50、蓋部材60、回路基板70および接続部材PHが樹脂により一体化された例を示す図である。図12は、FPC基板50および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を下方から見た図であり、図13は、FPC基板50および回路基板70が取り付けられた蓋部材60を下方から見た図である。
本発明の第2の実施の形態に係るバッテリモジュール100について、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と異なる点を説明する。
図14は、第2の実施の形態に係るバッテリモジュール100の構成を示す分解斜視図である。図14のバッテリモジュール100においては、複数のバスバー40,40aおよび一対のFPC基板50が蓋部材60の上面に配置される。この場合、蓋部材60の裏面が上方に向けられる。本実施の形態において、蓋部材60の表面は蓋部材の第1の面の例であり、蓋部材60の裏面は蓋部材の第2の面の例である。ダクト溝68(図2)は、蓋部材60の表面に形成される。
本実施の形態に係るバッテリモジュール100においても、上記第1の実施の形態と同様に、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。また、FPC基板50、蓋部材60および回路基板70をバッテリブロック10BB上にコンパクトに配置することができる。さらに、各バッテリセル10と回路基板70との間における配線作業の簡略化が可能となる。
このように、本実施の形態では、蓋部材は、バッテリブロックの端子面に対向する第1の面およびその反対側の第2の面を有し、回路基板は、蓋部材の第2の面に重なるように配置され、配線部材は、蓋部材の第2の面に重なるように蓋部材と回路基板との間に配置される。ここで、蓋部材の第1の面に重なるように配置されるとは、蓋部材の第1の面の少なくとも一部を覆うように配置されることを意味する。同様に、蓋部材の第2の面に重なるように配置されるとは、蓋部材の第2の面の少なくとも一部を覆うように配置されることを意味する。
本発明の第3の実施の形態に係るバッテリモジュール100について、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と異なる点を説明する。
図16は、第3の実施の形態に係るバッテリモジュール100の構成を示す分解斜視図である。図16のバッテリモジュール100においては、回路基板70が蓋部材60の下面に重なるように一対のFPC基板50の下方に配置される。本実施の形態において、蓋部材60の裏面は蓋部材の第1の面の例であり、蓋部材60の表面は蓋部材の第2の面の例である。本実施の形態では、ダクト溝68(図2)は設けられなくてもよい。
本実施の形態に係るバッテリモジュール100においても、上記第1の実施の形態と同様に、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。また、FPC基板50、蓋部材60および回路基板70をバッテリブロック10BB上にコンパクトに配置することができる。さらに、各バッテリセル10と回路基板70との間における配線作業の簡略化が可能となる。
このように、本実施の形態では、蓋部材は、バッテリブロックの端子面に対向する第1の面およびその反対側の第2の面を有し、回路基板は、蓋部材の第1の面に重なるように配置され、配線部材は、蓋部材の第1の面に重なるように蓋部材と回路基板との間に配置される。
本発明の第4の実施の形態に係るバッテリモジュール100について、上記第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と異なる点を説明する。
図18は、第4の実施の形態に係るバッテリモジュール100の構成を示す分解斜視図である。本実施の形態では、ケーシングCA内にバッテリブロック10BBが収納される。ケーシングCAの上部は開口している。ケーシングCAの開口を閉塞するように蓋部材60がケーシングCAに嵌合された状態で取り付けられる。これにより、バッテリブロック10BBを収納するバッテリボックスBBが形成される。ここで、蓋部材60は、ねじ止めまたは接着剤等によりケーシングCAに取り付けられてもよい。これにより、蓋部材60をケーシングCAに確実に固定することができる。また、蓋部材60はケーシングCAに嵌合されなくてもよい。
本実施の形態では、バッテリブロック10BBを収納するバッテリボックスBBが形成されることにより、バッテリモジュール100の強度が向上する。また、バッテリモジュール100のバッテリブロック10BBがバッテリボックスBBのケーシングCAに固定されるとともに、蓋部材60がケーシングCAに嵌合するので、バッテリブロック10BBと蓋部材60とを確実に固定することができる。
また、本例において、ケーシングCAの開口が蓋部材60により閉塞されている。そのため、バッテリボックスBB内が樹脂によりモールドされてもよい。この場合、バッテリセル10の結露を防止することができる。また、バッテリボックスBB内にモールドされた樹脂は、バッテリモジュール100の熱伝導特性に影響を及ぼすことができる。例えば、バッテリボックスBB内を空気よりも高い熱伝導率を有する樹脂でモールドすることにより、バッテリボックスBB内の熱を外部に放出することができる。一方、バッテリボックスBB内を空気よりも低い熱伝導率を有する樹脂でモールドすることにより、外部からバッテリボックスBB内への熱の流入を遮断することができる。
本発明の第5の実施の形態に係るバッテリシステムについて説明する。本実施の形態に係るバッテリシステムは、上記第1、第2または第3の実施の形態に係るバッテリモジュール100を備える。
図19は、第5の実施の形態に係るバッテリシステムの構成を示す模式的平面図である。図19に示すように、バッテリシステム500は、バッテリモジュール100a,100b,100c,100d、バッテリECU101、コンタクタ102、HV(High Voltage;高圧)コネクタ520およびサービスプラグ530を含む。バッテリモジュール100a〜100dは、第1の実施の形態に係るバッテリモジュール100と同様の構成を有する。なお、バッテリモジュール100a〜100dとして、第2または第3の実施の形態に係るバッテリモジュール100を用いてもよい。また、バッテリモジュール100a〜100dの各々のバッテリブロック10BBが、上記第4の実施の形態のようにバッテリボックスBBに収納されてもよい。また、各バッテリモジュール100a〜100dの数および配置は、本例に限定されず、適宜変更可能である。
本実施の形態に係るバッテリシステム500には、上記第1または第2の実施の形態に係るバッテリモジュール100が設けられる。そのため、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、バッテリシステム500の製造コストが低減される。
このように、本実施の形態に係るバッテリシステムは、1または複数のバッテリモジュールを備え、1または複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも1つは、上記のバッテリモジュールである。
本発明の第6の実施の形態に係る電動車両について説明する。本実施の形態に係る電動車両は、第5の実施の形態に係るバッテリシステム500を備える。なお、以下では、電動車両の一例として電動自動車を説明する。
図20は、第6の実施の形態に係る電動自動車の構成を示すブロック図である。図20に示すように、本実施の形態に係る電動自動車600は車体610を備える。車体610に、上記のバッテリシステム500ならびに電力変換部601、モータ602、駆動輪603、アクセル装置604、ブレーキ装置605、回転速度センサ606および主制御部608が設けられる。モータ602が交流(AC)モータである場合には、電力変換部601はインバータ回路を含む。
本実施の形態に係る電動自動車600には、上記第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられる。そのため、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、電動自動車600の製造コストが低減される。
このように、本実施の形態に係る電動車両は、上記のバッテリシステムと、バッテリシステムの電力により駆動されるモータと、モータの回転力により回転する駆動輪とを備える。
第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が船、航空機、エレベータまたは歩行ロボット等の他の移動体に搭載されてもよい。
このような種々の移動体においても、上記第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられることにより、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、移動体の製造コストが低減される。
本実施の形態に係る移動体は、上記のバッテリシステムと、移動本体部と、バッテリシステムからの電力を動力に変換する動力源と、動力源により変換された動力により移動本体部を移動させる駆動部とを備える。
本発明の第7の実施の形態に係る電源装置について説明する。本実施の形態に係る電源装置は、第5の実施の形態に係るバッテリシステム500を備える。
図21は、第7の実施の形態に係る電源装置の構成を示すブロック図である。図21に示すように、電源装置700は、電力貯蔵装置710および電力変換装置720を備える。電力貯蔵装置710は、バッテリシステム群711およびコントローラ712を備える。バッテリシステム群711は、第5の実施の形態に係る複数のバッテリシステム500を含む。複数のバッテリシステム500間において、複数のバッテリセル10は互いに並列に接続されてもよく、または互いに直列に接続されてもよい。
本実施の形態に係る電源装置700には、上記第5の実施の形態に係るバッテリシステム500が用いられる。そのため、バッテリモジュール100の構成が簡素化されるとともに、バッテリモジュール100の組み立てが容易になる。それにより、移動体の製造コストが低減される。
本実施の形態に係る電力貯蔵装置は、上記のバッテリシステムと、バッテリシステムの複数のバッテリセルの放電または充電に関する制御を行う制御部とを備える。
図21の電源装置700において、各バッテリシステム500にバッテリECU101が設けられる代わりに、コントローラ712がバッテリECU101と同様の機能を有してもよい。
上記実施の形態に係るバッテリモジュール100は、6個のバッテリセル10を含むが、バッテリセル10の数はこれに限らず、任意に変更可能である。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
Claims (10)
- 複数のバッテリセルを含むバッテリブロックであって、前記複数のバッテリセルの端子が配置される端子面を有している、該バッテリブロックと、
前記複数のバッテリセルの端子電圧を検出するための電圧検出回路を有する回路基板であって、前記バッテリブロックの端子面の上方に位置している、該回路基板と、
前記バッテリブロックと前記回路基板の間に配置される蓋部材であって、前記回路基板と電気的に接続される第1の接続部材を有するコネクタ部を含んでおり、かつ、前記コネクタ部が前記第1の接続部材を前記回路基板に向けて突出した状態で保持し、前記第1の接続部材が前記回路基板と対向する前記蓋部材の一面に設けられている、該蓋部材と、
前記回路基板との間に前記蓋部材が介在するように前記蓋部材に重ねて配置される配線部材であって、前記複数のバッテリセルの端子の各々と対応する第1の接続部材とが、前記配線部材によりに電気的に接続されている、該配線部材と、
を備える、バッテリモジュール。 - 請求項1に記載のバッテリモジュールにおいて、
さらに、前記蓋部材に一体的に設けられる樹脂層であって、前記配線部材が前記蓋部材と前記樹脂層の間に位置している、該樹脂層を備えるバッテリモジュール。 - 請求項1または請求項2に記載のバッテリモジュールにおいて、
さらに、前記複数のバッテリセルの端子を電気的に接続する第2の接続部材であって、前記配線部材が接続されている、該第2の接続部材を備えるバッテリモジュール。 - 請求項3に記載のバッテリモジュールにおいて、
前記第2の接続部材は、前記蓋部材に固定されるバッテリモジュール。 - 複数のバッテリモジュールを備え、
前記複数のバッテリモジュールのうちの少なくとも1つは、請求項1〜4のいずれかに記載のバッテリモジュールである、バッテリシステム。 - 請求項5記載のバッテリシステムと、
前記バッテリシステムの電力により駆動されるモータと、
前記モータの回転力により回転する駆動輪とを備える、電動車両。 - 請求項5記載のバッテリシステムと、
移動本体部と、
前記バッテリシステムからの電力を動力に変換する動力源と、
前記動力源により変換された動力により前記移動本体部を移動させる駆動部とを備える、移動体。 - 請求項5記載のバッテリシステムと、
前記バッテリシステムの前記複数のバッテリセルの放電または充電に関する制御を行う制御部とを備える、電力貯蔵装置。 - 外部に接続可能な電源装置であって、
請求項8記載の電力貯蔵装置と、
前記電力貯蔵装置の前記制御部により制御され、前記電力貯蔵装置の前記バッテリシステムと前記外部との間で電力変換を行う電力変換装置とを備える、電源装置。 - 請求項5記載のバッテリシステムと、
前記バッテリシステムからの電力により駆動される負荷とを備える、電気機器。
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