JP7013745B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、電池を有する電池パックに関するものである。

特許文献１に示されるように、複数の単電池を有してなる組電池モジュールと、組電池モジュールの充放電を制御する制御基板と、ベースおよびカバーからなる収容ケースと、を備える電池ユニットが知られている。組電池モジュールと制御基板それぞれはベースに固定されている。

ベースは底板部と、底板部から起立して設けられる立ち壁部と、を有している。底板部の上面側には、制御基板の裏面側が対向配置される素子用放熱部が設けられている。素子用放熱部の上面が制御基板に対向する対向板部となっている。素子用放熱部は、制御基板においてパワー素子の実装部分に対向して設けられている。

特許第６００１３６０号公報

上記したように特許文献１に示される電池ユニットでは、制御基板のパワー素子の実装部分が素子用放熱部に設けられている。このようにパワー素子（スイッチ）の全てをベースの素子用放熱部に搭載する構成の場合、ベースの体格が増大する虞がある。

そこで本明細書に記載の開示物は、スイッチの放熱性を確保しつつ、体格の増大の抑制された電池パックを提供することを目的とする。

開示の１つは、
電池（１０）と、
配線パターン（２１～２３）を備える配線基板（２０）と、
電池および配線基板と接続される接続部材（６０～６４，６１ａ～６３ａ，６２ｂ）と、
筐体と熱的に連結されるように筐体に取り付けられ、接続部材の電気的な接続を制御する筐体スイッチ（３１，３２）と、
配線基板に設けられ、配線パターンの電気的な接続を制御する基板スイッチ（３３～３６）と、
電池、配線基板、接続部材、筐体スイッチ、および、基板スイッチを収容する筐体（７１）と、を有し、
筐体は配線基板よりも放熱性能が高く、
基板スイッチよりも筐体スイッチに流れる時間平均電流量が大きい。

このように時間平均電流量の大きい筐体スイッチ（３１，３２）が配線基板（２０）よりも放熱性能の高い筐体（７１）に搭載されている。そして時間平均電流量の小さい基板スイッチ（３３～３６）が筐体（７１）よりも放熱性能の低い配線基板（２０）に搭載されている。これにより、スイッチの放熱性を確保しつつ、電池パックの体格が増大することが抑制される。

なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。

電源システムを説明するための回路図である。 電池パックの構成を説明するための斜視図である。 スイッチ制御を説明するための図表である。 スイッチ制御時の電流を説明するための図表である。 スイッチ制御時の電流を説明するための図表である。 電池パックの変形例を説明するための回路図である。 電池パックの変形例を説明するための回路図である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１～図５に基づいて本実施形態にかかる電池パック１００、および、それを含む電源システム２００を説明する。

＜電源システムの概要＞
電源システム２００は車両に搭載される。電源システム２００は車両に搭載された複数の車載機器と電池パック１００とによって構成されている。車載機器の１つとして鉛蓄電池１１０がある。電池パック１００は組電池１０を有している。電源システム２００はこれら鉛蓄電池１１０と組電池１０とによって２電源システムを構築している。

他の車載機器としてエンジン１４０がある。電源システム２００を搭載する車両は、所定の停止条件が満たされるとエンジン１４０を停止し、所定の始動条件が満たされるとエンジン１４０を再始動するアイドルストップ機能を有する。

図１に示すように電源システム２００は、上記した鉛蓄電池１１０とエンジン１４０の他に、スタータモータ１２０、回転電機１３０、電気負荷１５０、上位ＥＣＵ１６０、および、ＭＧＥＣＵ１７０を有する。鉛蓄電池１１０、スタータモータ１２０、および、電気負荷１５０それぞれは、第１ワイヤハーネス２０１を介して電池パック１００と電気的に接続されている。回転電機１３０は第２ワイヤハーネス２０２を介して電池パック１００と電気的に接続されている。

上位ＥＣＵ１６０とＭＧＥＣＵ１７０は図示しない配線を介して鉛蓄電池１１０と電池パック１００それぞれと電気的に接続されている。同様にして、車両に搭載された他の各種ＥＣＵも図示しない配線を介して鉛蓄電池１１０と電池パック１００それぞれと電気的に接続されている。

以上に示したように電源システム２００は、鉛蓄電池１１０と電池パック１００（組電池１０）の２つを電源とする２電源システムを構築している。

鉛蓄電池１１０は化学反応によって起電圧を生成する。鉛蓄電池１１０は組電池１０よりも蓄電容量が多い。鉛蓄電池１１０が外部電源に相当する。

スタータモータ１２０はエンジン１４０を始動する。スタータモータ１２０はエンジン１４０の始動時にエンジン１４０と機械的に連結される。スタータモータ１２０の回転によってエンジン１４０のクランクシャフトが回転される。エンジン１４０のクランクシャフトの回転数が所定回転数を超えると、燃料噴射弁から燃焼室に霧状の燃料が噴射される。この際に点火プラグで火花が生成される。これにより燃料が爆発し、エンジン１４０が自律回転し始める。このエンジン１４０の動力によって車両の推進力が得られる。エンジン１４０が自律回転し始めると、スタータモータ１２０とエンジン１４０との機械的な連結が解除される。

回転電機１３０は力行と発電を行う。回転電機１３０には図示しないインバータが接続されている。このインバータが第２ワイヤハーネス２０２に電気的に接続されている。回転電機１３０が第１電気負荷に相当する。

インバータは鉛蓄電池１１０および電池パック１００の組電池１０のうちの少なくとも一方から供給された直流電圧を交流電圧に変換する。この交流電圧が回転電機１３０に供給される。これにより回転電機１３０は力行する。

回転電機１３０はエンジン１４０と連結されている。回転電機１３０とエンジン１４０とは、ベルトなどを介して相互に回転エネルギーを伝達可能になっている。回転電機１３０の力行によって生じた回転エネルギーはエンジン１４０に伝達される。これによりエンジン１４０の回転が促進される。この結果、車両走行がアシストされる。上記したように電源システム２００を搭載する車両はアイドルストップ機能を有する。回転電機１３０は車両走行のアシストだけではなく、エンジン１４０の再始動時においてクランクシャフトを回転させる機能も果たす。

回転電機１３０はエンジン１４０の回転エネルギー、および、車両の車輪の回転エネルギーの少なくとも一方によって発電する機能も有する。回転電機１３０は発電によって交流電圧を生成する。この交流電圧がインバータによって直流電圧に変換される。この直流電圧が、電池パック１００、鉛蓄電池１１０、および、電気負荷１５０それぞれに供給される。

エンジン１４０は燃料を燃焼駆動することで車両の推進力を生成する。上記したようにエンジン１４０の始動時においては、スタータモータ１２０によってクランクシャフトが回転される。しかしながらアイドルストップによってエンジン１４０が一度停止した後に再び始動する際に、上記の所定の始動条件が満たされる場合、回転電機１３０によってクランクシャフトが回転される。

電気負荷１５０は一般負荷１５１と保護負荷１５２を有する。一般負荷１５１には、シートヒータ、送風ファン、電動コンプレッサ、ルームライト、および、ヘッドライトなどの供給電力が一定でなくともよい車載機器が含まれる。保護負荷１５２には、電動シフトポジション、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）、ブレーキ（ＡＢＳ）、ドアロック、ナビゲーションシステム、および、オーディオなどの供給電力が一定であることが求められる車載機器が含まれる。ここに例示した保護負荷１５２は供給電圧がリセット閾値を下回るとオン状態からオフ状態へと切り換わる性質を有する。保護負荷１５２には一般負荷１５１よりも車両走行に関連性の高い車載機器が含まれる。保護負荷１５２が第２電気負荷に相当する。

上位ＥＣＵ１６０とＭＧＥＣＵ１７０は車両に搭載された各種ＥＣＵのうちの１つである。これら各種ＥＣＵはバス配線１６１を介して互いに電気的に接続され、車載ネットワークを構築している。各種ＥＣＵが協調制御することで、エンジン１４０の燃焼および回転電機１３０の力行や発電などが制御される。上位ＥＣＵ１６０は電池パック１００を制御し、ＭＧＥＣＵ１７０は回転電機１３０を制御する。

また図示しないが、電源システム２００は、上記した各車載機器の他に、各種電圧や電流などの物理量、および、アクセルペダルの踏み込み量やスロットルバルブ開度などの車両情報を測定するためのセンサを有している。これら各種センサの検出した検出信号は、各種ＥＣＵに入力される。

＜電池パックの概要＞
次に電池パック１００の概要を説明する。図１に示すように電池パック１００は二重丸で示す外部接続端子を有している。外部接続端子としては、第１外部接続端子１００ａ、第２外部接続端子１００ｂ、第３外部接続端子１００ｃ、第４外部接続端子１００ｄ、および、第５外部接続端子１００ｅがある。

第１外部接続端子１００ａ、第４外部接続端子１００ｄ、および、第５外部接続端子１００ｅは第１ワイヤハーネス２０１を介して鉛蓄電池１１０、スタータモータ１２０、および、電気負荷１５０それぞれと電気的に接続されている。第２外部接続端子１００ｂは第２ワイヤハーネス２０２を介して回転電機１３０と電気的に接続されている。第３外部接続端子１００ｃは車両のボディにボルト止めされている。この第３外部接続端子１００ｃに挿入されるボルトが、電池パック１００と車両のボディとを接続する機能を果たす。これにより電池パック１００はボディアースされている。

なお図１に示すように第１ワイヤハーネス２０１は、鉛蓄電池１１０、スタータモータ１２０、および、一般負荷１５１を接続するものと、保護負荷１５２を接続するものとに分けられている。この鉛蓄電池１１０、スタータモータ１２０、および、一般負荷１５１を接続する第１ワイヤハーネス２０１の端部は二又に分かれている。二又に分かれた端部の一方が第１外部接続端子１００ａに接続され、他方が第５外部接続端子１００ｅに接続される。保護負荷１５２を接続する第１ワイヤハーネス２０１の端部は第４外部接続端子１００ｄに接続される。

図１に示すように電池パック１００は、組電池１０、配線基板２０、スイッチ３０、センサ部４０、ＢＭＵ５０、および、バスバー６０を有する。また電池パック１００は図２に示すケース７０を有する。

ケース７０は筐体７１とカバー７２を有する。この筐体７１とカバー７２とによって収納空間が構成されている。この収納空間に、組電池１０、配線基板２０、スイッチ３０、センサ部４０、ＢＭＵ５０、および、バスバー６０それぞれが収納されている。

以下においては互いに直交の関係にある３方向を、横方向、縦方向、および、高さ方向と示す。本実施形態では縦方向は車両の進退方向に沿っている。横方向は車両の左右方向に沿っている。高さ方向は車両の天地方向に沿っている。車両が水平面に停車している場合、進退方向と左右方向は水平方向に沿い、天地方向は鉛直方向に沿う。

組電池１０は鉛蓄電池１１０よりも体格が小さく、重量も軽くなっている。組電池１０は鉛蓄電池１１０よりもエネルギー密度が高い性質を有する。組電池１０が電池に相当する。

組電池１０は複数の直列接続された電池セルと、これら電池セルを収納する電池ケース１１と、を有する。電池ケース１１にはボルトを通すための孔が形成されている。ケース７０の筐体７１にはこのボルトを締結するためのボルト孔が形成されている。これらの孔にボルトを通すことで、電池ケース１１が筐体７１に固定される。

また電池ケース１１は拘束プレート８０によっても筐体７１に固定されている。高さ方向において、拘束プレート８０は組電池１０を介して筐体７１と対向配置されている。拘束プレート８０にはボルトを通すための切欠きが形成されている。筐体７１にはこのボルトを締結するためのボルト孔が形成されている。この切欠きとボルト孔にボルトを通すことで、拘束プレート８０が筐体７１に固定される。

配線基板２０は高さ方向において組電池１０と一部が対向配置されている。この配線基板２０における組電池１０との対向領域にスイッチ３０の一部が搭載されている。そして残りのスイッチ３０が絶縁フィルム８１を介して筐体７１に搭載されている。この筐体７１に搭載されたスイッチ３０の制御電極は内部接続部材を介して配線基板２０と電気的に接続されている。また配線基板２０にはＢＭＵ５０も搭載されている。以上に示した電気的な接続により電気回路が構成されている。この電気回路にセンサ部４０が電気的に接続されている。

この電池パック１００の電気回路は、図１に示すバスバー６０を介して第１外部接続端子１００ａ、第２外部接続端子１００ｂ、組電池１０、および、第４外部接続端子１００ｄそれぞれと電気的に接続されている。また配線基板２０には第５外部接続端子１００ｅとしてのコネクタが設けられている。したがって電気回路と第５外部接続端子１００ｅは直接接続されている。この第５外部接続端子１００ｅに第１ワイヤハーネス２０１が直接接続されている。なおバスバー６０の一部は、図２に示す樹脂製の搭載部８２に搭載されている。

以上に示した接続構成により、電池パック１００の電気回路は、鉛蓄電池１１０、スタータモータ１２０、回転電機１３０、組電池１０、および、電気負荷１５０それぞれと電気的に接続されている。また、電気回路は第３外部接続端子１００ｃに挿入されるボルトを介して車両のボディと接続されている。

＜電池パックの構成要素＞
次に電池パック１００の構成要素を個別に説明する。

組電池１０の有する電池セルはリチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は化学反応によって起電圧を生成する。起電圧の生成により電池セルに電流が流れる。これにより電池セルは発熱してガスを発生する。そのために電池セルは膨張する。なお電池セルとしては上記例に限定されない。例えば電池セルとしては、ニッケル水素二次電池、有機ラジカル電池などの二次電池を採用することができる。

電池セルは直方体形状を成している。電池セルは高さ方向に面する２つの主面を有する。この主面は他の４面よりも面積が広くなっている。そして２つの主面間の厚さが薄くなっている。このように電池セルは高さ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。

本実施形態の組電池１０は５つの電池セルを有する。これら５つの電池セルのうちの３つが高さ方向に積層配置されて第１電池スタックを構成している。そして残り２つの電池セルが高さ方向に積層配置されて第２電池スタックを構成している。これら２つの電池スタックは横方向に並んでいる。これら５つの電池セルの配置が電池ケース１１によって保持されている。なお電池セルの膨張に起因する電池ケース１１の膨張は、拘束プレート８０によって抑制されている。

電池ケース１１は樹脂から成る本体部と、本体部内にインサート成形された導電部材と、を有する。導電部材としては、５つの電池セルを直列接続する直列接続端子がある。これら直列接続端子の一部が本体部から露出されている。この露出部位と、対応する電池セルの電極端子とを接触させ、その接触状態でレーザなどによって両者を溶接接合する。これにより５つの電池セルが直列接続される。

また導電部材としては、直列接続端子の他に、５つの直列接続された電池セルのうちの最高電位に位置する電池セルの正極端子と接続される出力端子１２と、最低電位に位置する電池セルの負極端子と接続される接地端子１３と、がある。これら出力端子１２と接地端子１３それぞれは、図２に示すように電池ケース１１の本体部から外部に露出されている。この出力端子１２は最高電位の電池セルの正極端子とレーザなどによって溶接接合される。同様にして接地端子１３は最低電位の電池セルの負極端子とレーザなどによって溶接接合される。

配線基板２０は絶縁基板の表面および内部の少なくとも一方に導電材料からなる配線パターンの形成されたプリント基板である。配線基板２０は、ボルトなどを介して筐体７１に固定されている。

配線基板２０の配線パターンとしては、第１負荷供給配線２１、第２負荷供給配線２２、および、第３負荷供給配線２３がある。そして配線基板２０には配線パターンと電気的に接続される端子が形成されている。この端子としては、第１内部端子２４ａ、第２内部端子２４ｂ、および、第３内部端子２４ｃがある。また配線基板２０には、上記したコネクタとしての第５外部接続端子１００ｅが設けられている。この第５外部接続端子１００ｅも配線パターンと電気的に接続されている。これら配線パターンと内部端子および第５外部接続端子１００ｅそれぞれの電気的な接続の説明は、後の電池パック１００の回路構成の説明の際に行う。

スイッチ３０は、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第３スイッチ３３、第４スイッチ３４、第５スイッチ３５、および、第６スイッチ３６を有する。図２に示すように、第１スイッチ３１と第２スイッチ３２は筐体７１に搭載される。第３スイッチ３３と第４スイッチ３４、および、第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれは配線基板２０における組電池１０との対向領域に搭載される。より詳しく言えば、配線基板２０における筐体７１とボルト止めされる部位に対して、第３スイッチ３３と第４スイッチ３４それぞれは第５スイッチ３５および第６スイッチ３６それぞれよりも近くに搭載されている。

第１スイッチ３１と第２スイッチ３２が筐体スイッチに相当する。第３スイッチ３３～第６スイッチ３６が基板スイッチに相当する。また第５スイッチ３５と第６スイッチ３６がバイパススイッチに相当する。

第１スイッチ３１～第４スイッチ３４それぞれは半導体スイッチを有する。この半導体スイッチは具体的にはＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。これに対して第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれはメカニカルリレーである。詳しく言えば第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれはノーマリクローズ式の電磁リレーである。なお、半導体スイッチとしてはＩＧＢＴなどを採用することもできる。この場合、ＩＧＢＴにはダイオードが並列接続される。

第１スイッチ３１～第４スイッチ３４それぞれは、２つのＭＯＳＦＥＴが直列接続されてなる開閉部を少なくとも１つ有する。これら２つのＭＯＳＦＥＴはソース電極同士が連結されている。２つのＭＯＳＦＥＴのゲート電極は電気的に独立している。ＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを有する。２つのＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードは互いにアノード電極同士が連結されている。

第１スイッチ３１と第２スイッチ３２は複数の開閉部を有する。複数の開閉部は並列接続されている。複数の開閉部それぞれのソース電極は互いに電気的に接続されている。

第３スイッチ３３は１つの開閉部を有する。第４スイッチ３４は複数の開閉部を有する。第４スイッチ３４の有する複数の開閉部は直列接続されている。

図１では第１スイッチ３１と第２スイッチ３２それぞれの並列接続された開閉部を２つ示している。第４スイッチ３４の有する直列接続された開閉部を２つ示している。これら開閉部の数は電流量や冗長性などに応じて定めることができる。

後述するように第１スイッチ３１と第２スイッチ３２には、第３スイッチ３３～第６スイッチ３６と比べて、時間平均的にみると、多くの電流が流れる。そのため、上記したように第１スイッチ３１と第２スイッチ３２は複数の開閉部が並列接続された構成となっている。また、以下に具体的に示すように、第１スイッチ３１と第２スイッチ３２は配線基板２０よりも放熱性能の良い筐体７１に搭載されている。

第１スイッチ３１～第４スイッチ３４それぞれは開閉部を被覆する樹脂部を有する。この樹脂部は直方体形状を成している。樹脂部の最も面積の広い２つの主面は高さ方向に面している。樹脂部はこの２つの主面の間の長さ（厚さ）の薄い扁平形状を成している。

第１スイッチ３１と第２スイッチ３２それぞれの樹脂部には、樹脂部の２つの主面を貫通するボルト孔が形成されている。底壁７３には局所的に突起した放熱部７３ａが形成されている。この放熱部７３ａにおける高さ方向に面する上面に、樹脂部のボルト孔に対応する取付孔が開口している。このボルト孔と取付孔にボルトが締結される。これにより第１スイッチ３１と第２スイッチ３２が筐体７１に取り付け固定される。樹脂部の２つの主面のうちの一方が絶縁フィルムを介して筐体７１の上面と熱的に連結される。

なお図２においては第１スイッチ３１と第２スイッチ３２それぞれに対応する２つの放熱部７３ａが筐体７１に形成されている例を示している。しかしながらこれら２つの放熱部７３ａは一体的に連結されていてもよい。

上記したように電気回路にセンサ部４０が電気的に接続されている。このセンサ部４０は、組電池１０とスイッチ３０それぞれの状態を検出するセンサ素子を有する。センサ部４０はセンサ素子として、温度センサ、電流センサ、および、電圧センサを有する。

センサ部４０は組電池１０の温度、電流、および、電圧を検出する。センサ部４０はそれを組電池１０の状態信号としてＢＭＵ５０に出力する。またセンサ部４０はスイッチ３０の温度、電流、および、電圧を検出する。センサ部４０はそれをスイッチ３０の状態信号としてＢＭＵ５０に出力する。

センサ部４０は上記の温度センサ、電流センサ、および、電圧センサの他に水没センサを有する。この水没センサは２つの対向電極を有する。２つの対向電極の間に水があると、２つの対向電極間が通電する。それによって２つの対向電極間の抵抗が変化する。この抵抗の変化が状態信号としてＢＭＵ５０に入力される。ＢＭＵ５０は抵抗の変化が所定時間継続されるか否かに基づいて、電池パック１００の水没を検出する。

ＢＭＵ５０はセンサ部４０の状態信号、および、上位ＥＣＵ１６０からの指令信号の少なくとも一方に基づいてスイッチ３０を制御する。ＢＭＵはbattery management unitの略である。

ＢＭＵ５０はセンサ部４０の状態信号に基づいて組電池１０の充電状態（ＳＯＣ）やスイッチ３０の異常を判定する。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＢＭＵ５０はこれらＳＯＣや異常を判定した信号（判定情報）を上位ＥＣＵ１６０に出力する。

上位ＥＣＵ１６０はＢＭＵ５０から入力された判定情報、および、他の各種ＥＣＵから入力された車両情報に基づいてスイッチ３０の制御を決定する。そして上位ＥＣＵ１６０はその決定したスイッチ３０の制御を含む指令信号をＢＭＵ５０に出力する。

ＢＭＵ５０は上位ＥＣＵ１６０からの指令信号に基づいてスイッチ３０を制御する。このスイッチ制御については後で詳説する。なお、ＢＭＵ５０は水没センサの状態信号により電池パック１００が水没したと判断した場合、スイッチ３０への制御信号の出力の停止を独断で実行する。これにより組電池１０の電気的な接続が遮断される。

バスバー６０は銅などの導電材料から成る。バスバー６０は例えば以下に列挙する方法で製造することができる。バスバー６０は１枚の平板を屈曲加工することで製造することができる。バスバー６０は複数の平板が一体的に連結されることで製造することができる。バスバー６０は複数の平板を溶接することで製造することができる。バスバー６０は鋳型に溶融状態の導電材料を流し込むことで製造することができる。以上に列挙した他の製造方法によってもバスバー６０を製造することができる。バスバー６０の製造方法としては特に限定されない。さらに言えば、バスバー６０としては、例えば絶縁電線を採用することもできる。バスバー６０が接続部材に相当する。

電池パック１００はバスバー６０として、第１バスバー６１、第２バスバー６２、第３バスバー６３、および、第４バスバー６４を有する。これら複数のバスバーによって電気回路と組電池１０、および、電気回路と外部接続端子とが電気的に接続されている。図１ではこれらバスバー６０それぞれを配線基板２０の負荷供給配線よりも太くして図示している。

ケース７０の筐体７１はアルミダイカストで製造することができる。また筐体７１は鉄やステンレスをプレス加工することによっても製造することができる。筐体７１は、底壁７３と、底壁７３から延びた環状の側壁７４と、を有する。環状の側壁７４によって開口部が構成されている。車両が水平面に停車している場合、筐体７１の開口部は鉛直方向に開口している。この開口部がカバー７２によって覆われる。これにより収納空間が構成される。カバー７２は樹脂製若しくは金属製である。

底壁７３には第３外部接続端子１００ｃに相当する孔が形成されている。そして底壁７３には車両のボディと連結するためのフランジ７１ａが連結されている。このフランジ７１ａと車両のボディとがボルトを介して機械的および熱的に連結される。これにより電池パック１００が車両に固定される。

本実施形態のケース７０（電池パック１００）は車両の座席下方に設けられる。しかしながら電池パック１００の配置としてはこれに限定されない。電池パック１００は、例えば後部座席とトランクルームとの間の空間、および、運転席と助手席の間の空間などに配置することもできる。

＜電池パックの回路構成＞
以下、電池パック１００の回路構成を図１に基づいて説明する。第１外部接続端子１００ａと第１スイッチ３１の一端とが第１バスバー６１を介して電気的に接続されている。この第１バスバー６１から一部が分岐している。この第１バスバー６１の分岐部位６１ａが配線基板２０の第１内部端子２４ａとろう接されている。

第１スイッチ３１の他端と第２外部接続端子１００ｂとが第２バスバー６２を介して電気的に接続されている。この第２バスバー６２から一部が分岐している。この第２バスバー６２の分岐部位６２ａが第２スイッチ３２の一端と接続されている。また第２バスバー６２における第１スイッチ３１の他端と分岐部位６２ａとの連結部位との間から一部が分岐している。この第２バスバー６２の分岐部位６２ｂが配線基板２０の第４内部端子２４ｄとろう接されている。

第２スイッチ３２の他端と組電池１０の正極（出力端子１２）とが第３バスバー６３を介して電気的に接続されている。この第３バスバー６３から一部が分岐している。この第３バスバー６３の分岐部位６３ａが配線基板２０の第２内部端子２４ｂとろう接されている。なお組電池１０の負極（接地端子１３）は第３外部接続端子１００ｃと電気的に接続されている。

配線基板２０の第１内部端子２４ａと第２内部端子２４ｂとは第１負荷供給配線２１を介して電気的に接続されている。この第１負荷供給配線２１に、第１内部端子２４ａから第２内部端子２４ｂに向かって順に第３スイッチ３３と第４スイッチ３４とが直列接続されている。

配線基板２０の第３内部端子２４ｃと第４内部端子２４ｄとは第２負荷供給配線２２を介して電気的に接続されている。そして第３内部端子２４ｃは第４バスバー６４を介して第４外部接続端子１００ｄと電気的に接続されている。第３内部端子２４ｃと第４バスバー６４とはろう接されている。

第２負荷供給配線２２には第６スイッチ３６が設けられている。そして第２負荷供給配線２２における第３内部端子２４ｃと第６スイッチ３６との間の中点が、第１負荷供給配線２１における第３スイッチ３３と第４スイッチ３４との間の中点と連結されている。これにより第６スイッチ３６は第３スイッチ３３と並列接続されている。

また第２負荷供給配線２２における第４内部端子２４ｄと第６スイッチ３６との間の中点が、第３負荷供給配線２３を介して第５外部接続端子１００ｅと電気的に接続されている。この第５外部接続端子１００ｅに第５スイッチ３５が設けられている。これにより第５スイッチ３５は第１スイッチ３１と並列接続されている。

以上により、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第４スイッチ３４、および、第３スイッチ３３が順に環状に接続されている。第１スイッチ３１と第２スイッチ３２の中点が第２外部接続端子１００ｂに接続されている。第２スイッチ３２と第４スイッチ３４の中点が組電池１０に接続されている。第４スイッチ３４と第３スイッチ３３の中点が第４外部接続端子１００ｄに接続されている。第３スイッチ３３と第１スイッチ３１の中点が第１外部接続端子１００ａに接続されている。

また、第１スイッチ３１と第２スイッチ３２との中点が第６スイッチ３６を介して第４スイッチ３４と第３スイッチ３３の中点に接続されている。第１スイッチ３１と第２スイッチ３２との中点が第５スイッチ３５を介して第５外部接続端子１００ｅに接続されている。

以上の電気的な接続構成により、第１スイッチ３１を開閉制御することで第１外部接続端子１００ａと第２外部接続端子１００ｂとの電気的な接続が制御される。換言すれば、第１スイッチ３１を開閉制御することで鉛蓄電池１１０と回転電機１３０との電気的な接続が制御される。

第２スイッチ３２を開閉制御することで第２外部接続端子１００ｂと組電池１０との電気的な接続が制御される。換言すれば、第２スイッチ３２を開閉制御することで回転電機１３０と組電池１０との電気的な接続が制御される。

第４スイッチ３４を開閉制御することで第２内部端子２４ｂと第３内部端子２４ｃとの電気的な接続が制御される。換言すれば、第４スイッチ３４を開閉制御することで組電池１０と保護負荷１５２との電気的な接続が制御される。

第３スイッチ３３を開閉制御することで第１内部端子２４ａと第３内部端子２４ｃとの電気的な接続が制御される。換言すれば、第３スイッチ３３を開閉制御することで鉛蓄電池１１０と保護負荷１５２との電気的な接続が制御される。

また、第６スイッチ３６を開閉制御することで第４内部端子２４ｄと第３内部端子２４ｃとの電気的な接続が制御される。換言すれば、第６スイッチ３６を開閉制御することで回転電機１３０と保護負荷１５２との電気的な接続が制御される。

第５スイッチ３５を開閉制御することで第４内部端子２４ｄと第５外部接続端子１００ｅとの電気的な接続が制御される。換言すれば、第５スイッチ３５を開閉制御することで回転電機１３０と鉛蓄電池１１０との電気的な接続が制御される。

さらに言えば、第５スイッチ３５と第６スイッチ３６を同時に開閉制御することで第３内部端子２４ｃと第５外部接続端子１００ｅとの電気的な接続が制御される。換言すれば、第５スイッチ３５と第６スイッチ３６を同時に開閉制御することで保護負荷１５２と鉛蓄電池１１０との電気的な接続が制御される。

＜スイッチ制御＞
次に、電池パック１００の代表的なスイッチ制御を図３～図５に基づいて説明する。図３では閉状態をＯＮ、開状態をＯＦＦとして記載している。また図４および図５では電流を破線矢印で示すとともに、煩雑となることを避けるために符号の記載を省略している。

なお、スイッチ制御は鉛蓄電池１１０や組電池１０のＳＯＣ、および、車両要求などによって適宜変更される。したがってこの図３～図５に示すスイッチ制御はあくまで一例に過ぎず、これに限定されるわけではない。

図３に示すようにスイッチ制御としては、（ａ）Ｐｂ始動制御、（ｂ）アイドルストップ制御、（ｃ）Ｌｉ再始動制御、（ｄ）Ｐｂ再始動制御、（ｅ）Ｌｉ走行制御、（ｆ）第１発電制御、（ｇ）第２発電制御、および、（ｈ）駐停車制御がある。これら８つのスイッチ制御のうち、（ｈ）駐停車制御を除く他の７つのスイッチ制御では第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれが開状態となっている。したがって、以下においては、（ｈ）駐停車制御を除く他の７つのスイッチ制御では第５スイッチ３５と第６スイッチ３６の開閉状態の説明を省略する。

（ａ）Ｐｂ始動制御は、スタータモータ１２０による車両の始動時におけるスイッチ制御である。ＢＭＵ５０はイグニッションスイッチがオフからオンになるとこのスイッチ制御を実行する。ＢＭＵ５０は第３スイッチ３３を閉状態にするとともに、他の３つのスイッチを開状態にする。この結果、図４の（ａ）欄に示すように第３スイッチ３３を介して鉛蓄電池１１０と保護負荷１５２とが電気的に接続される。鉛蓄電池１１０からスタータモータ１２０と一般負荷１５１に電力供給されるとともに、鉛蓄電池１１０から第３スイッチ３３を介して保護負荷１５２に電力供給される。スタータモータ１２０の駆動によってエンジン１４０はクランキングされる。なお、この（ａ）Ｐｂ始動制御としては上記例に限定されず、第１スイッチ３１と第３スイッチ３３を閉状態にするとともに、他の２つのスイッチを開状態にしてもよい。

（ｂ）アイドルストップ制御は、所定の停止条件が満たされることでエンジン１４０が停止した際のスイッチ制御である。ＢＭＵ５０は第１スイッチ３１と第４スイッチ３４を閉状態にするとともに、他の２つのスイッチを開状態にする。この結果、例えば回転電機１３０の力行要求があった際に、第１スイッチ３１を介して鉛蓄電池１１０から回転電機１３０に電力供給が可能となっている。また図４の（ｂ）欄に示すように第４スイッチ３４を介して組電池１０と保護負荷１５２とが電気的に接続される。鉛蓄電池１１０から一般負荷１５１に電力供給されるとともに、組電池１０から第４スイッチ３４を介して保護負荷１５２に電力供給される。なおこのアイドルストップ制御は、回転電機１３０が非駆動であり、車両がエンジン１４０のみを駆動源として走行する際のスイッチ制御と同一である。

（ｃ）Ｌｉ再始動制御は、組電池１０のＳＯＣが高く、なおかつ、所定の始動条件が満たされることでエンジン１４０を再始動する際のスイッチ制御である。ＢＭＵ５０は第２スイッチ３２と第４スイッチ３４を閉状態にするとともに、他の２つのスイッチを開状態にする。この結果、図４の（ｃ）欄に示すように第２スイッチ３２を介して組電池１０と回転電機１３０とが電気的に接続される。第４スイッチ３４を介して組電池１０と保護負荷１５２とが電気的に接続される。組電池１０から第２スイッチ３２を介して回転電機１３０に電力供給されるとともに、組電池１０から第４スイッチ３４を介して保護負荷１５２に電力供給される。また鉛蓄電池１１０から一般負荷１５１に電力供給される。なおこのＬｉ再始動制御は、車両がエンジン１４０と回転電機１３０の両方を駆動源として走行する際のスイッチ制御と同一である。

（ｄ）Ｐｂ再始動制御は、組電池１０のＳＯＣが低く、なおかつ、所定の始動条件が満たされることでエンジン１４０を再始動する際のスイッチ制御である。ＢＭＵ５０は第１スイッチ３１と第４スイッチ３４を閉状態にするとともに、他の２つのスイッチを開状態にする。この結果、図４の（ｄ）欄に示すように第１スイッチ３１を介して鉛蓄電池１１０と回転電機１３０とが電気的に接続される。第４スイッチ３４を介して組電池１０と保護負荷１５２とが電気的に接続される。鉛蓄電池１１０から一般負荷１５１に電力供給されるとともに、鉛蓄電池１１０から第１スイッチ３１を介して回転電機１３０に電力供給される。また組電池１０から第４スイッチ３４を介して保護負荷１５２に電力供給される。

（ｅ）Ｌｉ走行制御は、車両が回転電機１３０のみを駆動源として走行する際のスイッチ制御である。ＢＭＵ５０は第２スイッチ３２と第３スイッチ３３を閉状態にするとともに、他の２つのスイッチを開状態にする。この結果、図５の（ｅ）欄に示すように第２スイッチ３２を介して組電池１０と回転電機１３０とが電気的に接続される。第３スイッチ３３を介して鉛蓄電池１１０と保護負荷１５２とが電気的に接続される。組電池１０から第２スイッチ３２を介して回転電機１３０に電力供給される。また鉛蓄電池１１０から一般負荷１５１に電力供給されるとともに、鉛蓄電池１１０から第３スイッチ３３を介して保護負荷１５２に電力供給される。

（ｆ）第１発電制御は、回転電機１３０が発電状態であり、組電池１０のＳＯＣが低い際のスイッチ制御である。ＢＭＵ５０は第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、および、第４スイッチ３４を閉状態にするとともに、第３スイッチ３３を開状態にする。この結果、図５の（ｆ）欄に示すように第１スイッチ３１を介して鉛蓄電池１１０と回転電機１３０とが電気的に接続される。第２スイッチ３２を介して組電池１０と回転電機１３０とが電気的に接続される。第２スイッチ３２と第４スイッチ３４を介して保護負荷１５２と回転電機１３０とが電気的に接続される。これにより、回転電機１３０にて生じた発電電力が第１スイッチ３１を介して鉛蓄電池１１０に供給される。第２スイッチ３２を介して発電電力が組電池１０に供給される。第２スイッチ３２と第４スイッチ３４を介して発電電力が保護負荷１５２に供給される。

（ｇ）第２発電制御は、回転電機１３０が発電状態であり、組電池１０のＳＯＣが高い際のスイッチ制御である。ＢＭＵ５０は第１スイッチ３１と第３スイッチ３３を閉状態にするとともに、他の２つのスイッチを開状態にする。この結果、図５の（ｇ）欄に示すように第１スイッチ３１を介して鉛蓄電池１１０と回転電機１３０とが電気的に接続される。第１スイッチ３１と第３スイッチ３３を介して保護負荷１５２と回転電機１３０とが電気的に接続される。これにより、回転電機１３０にて生じた発電電力が第１スイッチ３１を介して鉛蓄電池１１０に供給される。第１スイッチ３１と第３スイッチ３３を介して発電電力が保護負荷１５２に供給される。

（ｈ）駐停車制御は、イグニッションスイッチがオンであり、車両が駐停車している際のスイッチ制御である。ＢＭＵ５０は第１スイッチ３１～第４スイッチ３４それぞれへの制御信号の出力を停止して、これら４つのスイッチを開状態にする。同様にしてＢＭＵ５０は第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれへの制御信号の出力を停止する。上記したように第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれはノーマリクローズ式の電磁リレーである。そのためにＢＭＵ５０からの制御信号の出力が停止すると、第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれは開状態から閉状態になる。この結果、図５の（ｈ）欄に示すように第５スイッチ３５と第６スイッチ３６を介して鉛蓄電池１１０と保護負荷１５２とが電気的に接続される。これにより、鉛蓄電池１１０から一般負荷１５１に電力供給されるとともに、鉛蓄電池１１０から第５スイッチ３５と第６スイッチ３６を介して保護負荷１５２に電力供給される。

以上に示したように、鉛蓄電池１１０と回転電機１３０との間に位置する第１スイッチ３１には、回転電機１３０の力行と発電時の電流が流れる。同様にして、組電池１０と回転電機１３０との間に位置する第２スイッチ３２には、回転電機１３０の力行と発電時の電流が流れる。

これに対して、鉛蓄電池１１０と保護負荷１５２との間に位置する第３スイッチ３３には、保護負荷１５２の要求電力量に応じた電流が流れる。同様にして、組電池１０と保護負荷１５２との間に位置する第４スイッチ３４には、保護負荷１５２の要求電力量に応じた電流が流れる。

回転電機１３０の力行と発電時に第１スイッチ３１と第２スイッチ３２に流れる電流量は、回転電機１３０の力行や発電に必要な要求電力量、および、鉛蓄電池１１０や組電池１０の要求充電量によって決定される。これら要求電力量や要求充電量は、保護負荷１５２の要求電力量よりも高い。そのため、時間平均的にみると、第１スイッチ３１と第２スイッチ３２には、第３スイッチ３３と第４スイッチ３４よりも大電流が流れる。そのために第１スイッチ３１と第２スイッチ３２は、第３スイッチ３３と第４スイッチ３４よりも発熱しやすくなっている。

また、上記したように第５スイッチ３５と第６スイッチ３６は鉛蓄電池１１０と保護負荷１５２との間に位置している。そして第５スイッチ３５と第６スイッチ３６に電流が流れるのは車両の駐停車時であり、その電流量は保護負荷１５２の要求電力量によって決定される。したがって第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれに流れる電流量は、第１スイッチ３１と第２スイッチ３２に流れる電流量よりも、時間平均的にみると小さくなっている。

なお、上記したように電流量の大小関係を、時間平均的にみると、との条件を付けて表現している。これは、単位時間当たりの電流量では電流の大小関係が逆転することがあるため、このような電流量の大小関係を示さないことを正確に説明するために用いている。電流量の平均をとるための時間は、例えば、車両の始動から停車までの時間などを採用することができる。この時間平均した電流量が、時間平均電流量に相当する。

＜作用効果＞
上記したように第１スイッチ３１と第２スイッチ３２には、第３スイッチ３３～第６スイッチ３６それぞれよりも、時間平均的にみると、大電流が流れる。そのために第１スイッチ３１と第２スイッチ３２は、第３スイッチ３３～第６スイッチ３６よりも発熱しやすくなっている。

しかしながら第１スイッチ３１と第２スイッチ３２それぞれは絶縁フィルム８１を介して筐体７１の放熱部７３ａにボルト止めされている。このため、第１スイッチ３１と第２スイッチ３２で生じた熱は、放熱部７３ａに伝熱される。この放熱部７３ａに伝達された熱は、筐体７１のフランジ７１ａを介して車両のボディに放熱されたり、ケース７０の収容空間の外の雰囲気に放熱されたりする。これにより第１スイッチ３１と第２スイッチ３２で生じた熱が放熱される。

また、第３スイッチ３３～第６スイッチ３６それぞれは配線基板２０における組電池１０との対向領域に搭載される。これによれば、全てのスイッチが筐体７１に搭載される構成とは異なり、第３スイッチ３３～第６スイッチ３６それぞれを搭載するための放熱部などを筐体７１に形成しなくともよくなる。そのために筐体７１の体格の増大が抑制される。この結果、電池パック１００の体格の増大が抑制される。

本実施形態では、配線基板２０における筐体７１とボルト止めされる部位に対して、第３スイッチ３３と第４スイッチ３４それぞれは第５スイッチ３５および第６スイッチ３６それぞれよりも近くに搭載されている。

スイッチ制御で説明したように、第３スイッチ３３と第４スイッチ３４は第５スイッチ３５および第６スイッチ３６よりも通電される頻度が高く、発熱しやすくなっている。この発熱しやすい第３スイッチ３３と第４スイッチ３４が、配線基板２０から筐体７１への放熱経路としての役割を果たすボルトの近くに搭載されている。これにより、第３スイッチ３３と第４スイッチ３４の放熱が困難となることが抑制される。この結果、スイッチで生じた熱が、配線基板２０の耐熱限界を超えることが抑制される。

なお、この筐体７１における配線基板２０のボルト止めされる部位は、放熱部７３ａと離間しているとよい。これにより放熱部７３ａの熱によって、配線基板２０の熱が筐体７１に伝熱され難くなることが抑制される。

なおもちろんではあるが、配線基板２０における筐体７１とボルト止めされる部位に対して、第５スイッチ３５と第６スイッチ３６それぞれが第３スイッチ３３および第４スイッチ３４それぞれよりも近くに搭載される構成を採用することもできる。

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

（第１の変形例）
本実施形態では、スイッチ３０が第１スイッチ３１～第６スイッチ３６を有する例を示した。しかしながらスイッチ３０は、図６に示すように第５スイッチ３５と第６スイッチ３６を有さずに、第１スイッチ３１～第４スイッチ３４を有する構成を採用することもできる。

（第２の変形例）
また図７に示すように、スイッチ３０は、図６に示すように第３スイッチ３３と第４スイッチ３４を有さずに、第１スイッチ３１、第２スイッチ３２、第５スイッチ３５、および、第６スイッチ３６を有する構成を採用することもできる。

（第３の変形例）
本実施形態では組電池１０が５つの電池セルを有する例を示した。しかしながら組電池１０は複数の電池セルを有すればよく、上記例に限定されない。また電池スタックの数としても、２つではなく１つ若しくは３つ以上を採用することもできる。さらに言えば、電池セルが横方向に並ぶことで電池スタックが構成されてもよい。

（第４の変形例）
本実施形態では電源システム２００を搭載する車両がアイドルストップ機能を有する例を示した。しかしながら電源システム２００を搭載する車両としては上記例に限定されない。例えばハイブリッド自動車や電気自動車を採用することができる。この場合、本実施形態で示したスタータモータ１２０や回転電機１３０は、モータジェネレータに代わる。

１０…組電池、２０…配線基板、２１…第１負荷供給配線、２２…第２負荷供給配線、２３…第３負荷供給配線、３１…第１スイッチ、３２…第２スイッチ、３３…第３スイッチ、３４…第４スイッチ、３５…第５スイッチ、３６…第６スイッチ、６０…バスバー、
６１…第１バスバー、６２…第２バスバー、６３…第３バスバー、６４…第４バスバー、６１ａ～６３ａ…分岐部位、６２ｂ…分岐部位、７１…筐体、１００…電池パック、１１０…鉛蓄電池、１３０…回転電機、１５２…保護負荷、２００…電源システム

Claims (6)

1. 電池（１０）と、
   配線パターン（２１～２３）を備える配線基板（２０）と、
   前記電池および前記配線基板と接続される接続部材（６０～６４，６１ａ～６３ａ，６２ｂ）と、
   下記筐体と熱的に連結されるように下記筐体に取り付けられ、前記接続部材の電気的な接続を制御する筐体スイッチ（３１，３２）と、
   前記配線基板に設けられ、前記配線パターンの電気的な接続を制御する基板スイッチ（３３～３６）と、
   前記電池、前記配線基板、前記接続部材、前記筐体スイッチ、および、前記基板スイッチを収容する筐体（７１）と、を有し、
   前記筐体は前記配線基板よりも放熱性能が高く、
   前記基板スイッチよりも前記筐体スイッチに流れる時間平均電流量が大きい電池パック。
2. 前記筐体スイッチは、外部電源（１１０）と第１電気負荷（１３０）との間に設けられ、前記外部電源と前記第１電気負荷との電気的な接続を制御する第１スイッチ（３１）と、前記電池と前記第１電気負荷との間に設けられ、前記電池と前記第１電気負荷との電気的な接続を制御する第２スイッチ（３２）と、を有する請求項１に記載の電池パック。
3. 前記基板スイッチは、前記第１電気負荷よりも要求電力量の低い第２電気負荷（１５２）と前記外部電源との間に設けられ、前記第２電気負荷と前記外部電源との電気的な接続を制御する第３スイッチ（３３）と、前記第２電気負荷と前記電池との間に設けられ、前記第２電気負荷と前記電池との電気的な接続を制御する第４スイッチ（３４）と、を有する請求項２に記載の電池パック。
4. 前記基板スイッチは、前記第１電気負荷よりも要求電力量の低い第２電気負荷（１５２）と前記外部電源との間に設けられ、前記第２電気負荷と前記外部電源との電気的な接続を制御するバイパススイッチ（３５，３６）を有する請求項２または請求項３に記載の電池パック。
5. 前記バイパススイッチは、前記外部電源から前記第２電気負荷に向かって順に直列接続された第５スイッチ（３５）と第６スイッチ（３６）を有し、
   前記第５スイッチと前記第６スイッチの中点が前記第１電気負荷に接続されている請求項４に記載の電池パック。
6. 前記配線基板と前記電池とは前記筐体内で対向配置されており、
   前記配線基板における前記電池との対向領域に前記基板スイッチが搭載されている請求項１～５いずれか１項に記載の電池パック。

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