JP5285959B2

JP5285959B2 - 組電池の電源制御装置

Info

Publication number: JP5285959B2
Application number: JP2008137651A
Authority: JP
Inventors: 靖斎藤; 武中村
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: JP2009289428A

Description

本発明は、複数の電池モジュールを直列に接続して構成される組電池の電源制御装置に関する。

モータのみで走行する電気自動車、又はエンジンとモータで走行するハイブリッド自動車における駆動用モータの電源として用いられるニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等は、一般に、単位電池（セル）を複数個直列に接続して電池モジュールを構成し、この電池モジュールを電池収納箱内に複数個収納し、これらを直列に接続して組電池とする構成をとっている。

例えば、電気自動車、又はハイブリッド自動車用の駆動モータのための電源としては、エネルギー密度、出力密度、サイクル寿命等の基本特性に優れている密閉型ニッケル・水素蓄電池が主に使用されているが、近年エネルギー密度等の基本性能がより高いリチウムイオン電池が注目され、実用化すべく盛んに研究開発が行われている。

高圧バッテリとしての組電池は、コンタクタ、ヒューズ、ブレーカ（遮断器）を介し、更にパワー駆動ユニット（ＰＤＵ）を介して走行用のモータに接続されている。ここで、コンタクタ、ヒューズ、ブレーカ等、高圧バッテリの保護機能を有する部品が車両の各所に分散して配置されていると、メインテナンス性の低下を招くため、従来から様々な配置が提案されている。

例えば、特開平１１−１６２４４５号公報では、電池収納箱内に電池モジュールを複数個収納するとともに、２個の電池モジュール分の空きスペースを設け、この空きスペースに電気接続箱を収納して、電気接続箱内にメインコンタクタリレー及び安全プラグ（ブレーカ）を収納した構成が提案されている。

また、特開平８−１６２１７１号公報では、組電池の各電池モジュールについて、その両端間に接続された電圧検出回路と、この電圧検出回路の出力をデジタル信号に変換してシリアル伝送出力する信号変換・伝送回路等を備えた電圧計測ユニットを、それぞれ対応する電池モジュールに近接して設けた組電池の監視装置が提案されている。

電池モジュール内の隣接する単位電池は正極と負極とが隣接するように配列され、複数のバスバーを有するバスバーモジュールを電池モジュール上に搭載し、バスバーモジュールを介して各電池モジュールを電池制御ユニット（バッテリＥＣＵ）に接続している。隣接する単位電池の電極へのバスバーの取り付けは、従来は例えば特開２００３−４５４０９号公報に示すように、ねじ固定するのが一般的である。
特開平１１−１６２４４５号公報特開平８−１６２１７１号公報特開２００３−４５４０９号公報

特許文献３に記載されたように、従来は隣接する単位電池へのバスバーの固定はねじ止めで行っていたため、組立て工数が掛かるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、組付け容易且つ簡単な構成で、隣接する単位電池間の接続及び単位電池と電池制御ユニットとの接続を実現可能なバスバーモジュールを有する組電池の電源制御装置を提供することである。

本発明によると、複数の単位電池を直列に接続して構成される電池モジュールを電池収納箱内に複数並列配置し、各前記電池モジュールを直列接続した組電池の電源制御装置であって、前記組電池及び各前記電池モジュールの電圧を制御する電池制御ユニットと、
各前記単位電池と前記電池制御ユニットの間に設けられ、隣接する前記単位電池の正極と負極とを弾性接続する複数のバスバーを有する複数のバスバーモジュールと、各前記バスバーモジュールと前記電池制御ユニットの間に設けられた中継基板と、を具備し、前記バスバーは前記中継基板接続用のリードピンを一体に形成したリードピン一体型バスバーから構成されることを特徴とする組電池の電源制御装置が提供される。

本発明によると、バスバーモジュールを単位電池に取り付けると、バスバーが単位電池の電極に弾性接続されるため、従来のねじ固定を廃止でき、組付け工数を削減できる。更に、ねじ固定に比較して、各単位電池へ与える応力を抑えることが可能である。

本発明によると、リードピン一体型バスバーを使用することにより、単位電池と中継基板との接続を簡単な構成で実現でき、組付け工数を削減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態に係る組電池２の分解斜視図が示されている。４は組電池２の電池収納箱であり、例えば樹脂のモールド成型体から形成される。

電池収納箱４は、横方向に延びる仕切り板６により二つの収納スペースに区画されており、各収納スペース内に三つの電池モジュール１０が収納されており、電池収納箱４内には合計６個の電池モジュール１０が収納されている。仕切り板６には縦方向に延びる複数の係合溝８が形成されている。

電池モジュール１０は、例えば８個の単位電池（セル）１２を直列接続して構成されている。単位電池１２は例えばリチウムイオン電池から構成され、単位電池１個の出力電圧は３．６Ｖである。本実施形態の組電池２は、６個の電池モジュール１０を直列接続して構成されているため、組電池２の出力電圧は３．６×８×６＝１７２．８Ｖである。

図２の拡大図に示すように、８個の単位電池１２上には複数のバスバー（本実施形態では８個）３０を有するバスモジュール１４が、樹脂ボード１６に一体的に形成した下方向に延びる複数の係合爪４４を仕切り板６の係合溝８に係合することにより搭載されて、電池モジュール１０を構成する。

樹脂ボード１６には、６個のリードピン一体型バスバー３０がバスバー保持部３４に差し込むことにより搭載されている。リードピン一体型バスバー３０はリードピン３２を有している。

バスバー保持部３４は樹脂ボード１６と一体的に形成されており、図３に示すように保持部３４の両端に一対の開口部４８を有しているため、バスバー３０を保持部３４に差し込むと、バスバー３０の両端部が開口部４８から下方に突出する。

よって、バスバーモジュール１４を８個の単位電池１２上に取り付けると、図４及び図５に示すように、バスバー３０が隣接する単位電池１２の正電極２８ａ及び負電極２８ｂに接続される。

樹脂ボード１６は更に、開口部４６の対角線の延長線上に形成された２個の位置決めピン３６と、上方向に延びる６個の係止爪４２を有している。１８は中継基板であり、コネクタ２０と樹脂ボード１６の位置決めピン３６が挿入される２個の位置決め穴３８と、リードピン一体型バスバー３０のリードピン３２が挿入される８個のスルーホール４０を有している。

図１に示すように、各中継基板１８に搭載されたコネクタ２０はハーネス２２に接続されたコネクタ２４に嵌合され、ハーネス２２の端部のコネクタ２６は図６に示したバッテリＥＣＵ５０のバッテリ信号処理用端子に接続される。

中継基板１８を樹脂ボード１６に搭載固定するには、樹脂ボード１６の位置決めピン３６が中継基板１８の位置決め穴３８に挿入されるように中継基板１８を位置決めして、中継基板１８を樹脂ボード１６上に搭載し、図５に示すように係合爪４２により中継基板１８を上から係止する。

これにより、リードピン一体型バスバー３０のリードピン３２が中継基板１８に形成されたスルーホール４０中に挿入されることになり、各リードピン３２は中継基板１８に半田付け接続される。

本実施形態の組電池２の電源制御装置によると、バスバーモジュール１４を並んで配置した８個の単位電池１２上にワンタッチ係合で搭載することにより、隣接して配置された単位電池１２の正極２８ａと負極２８ｂがリードピン一体型バスバー３０に弾性接続されるため、従来のバスバーのねじ固定を廃止でき、簡単な構成で組付け工数を削減できる。更にねじ固定に比較して、各単位電池１２への応力を抑えることが可能となる。

図６を参照すると、上述した実施形態の組電池２のブロック回路図が示されている。コネクタ２４は中継基板１８に搭載されたコネクタ２０に接続され、各中継基板１８はハーネス２２を介してバッテリＥＣＵ５０のバッテリ信号処理用端子に接続される。よって、バッテリＥＣＵ５０では、各セル１２の電圧、各電池モジュール１０、組電池２の電圧等を常時検出可能である。

コンタクタ５４は、プリチャージコンタクタ５４ａとメインコンタクタ５４ｂを含んでいる。自動車のイグニッションスイッチがＯＮされると、まずプリチャージコンタクタ５４ａがＯＮ作動され、次いで所定のディレーをもってメインコンタクタ５４ｂがＯＮ作動される。

組電池２の正極端子はＰＤＵ（パワー駆動ユニット）６０の正極端子及びＤＶ（ダウンコンバータ）６４の正極端子に接続される。一方、組電池２の負極端子はＰＤＵ６０の負極端子及びＤＶ６４の負極端子に接続される。

これにより、組電池２はＰＤＵ６０を介してモータ６２を駆動するとともに、ＤＶ６４により電圧を１２Ｖに落として１２Ｖ系蓄電池６６を充電する。さらに、６個の電池モジュール１０が直列接続される中間には、ヒューズ５６及びブレーカ５８が介装されている。

本発明実施形態に係る組電池の分解斜視図である。電池モジュールの分解斜視図である。樹脂ボードの裏面側斜視図である。リードピン一体型バスバー部分の拡大斜視図である。電池モジュールの要部拡大斜視図である。組電池のブロック回路図である。

符号の説明

２組電池
４電池収納箱
６仕切り板
８係合溝
１０電池モジュール
１２単位電池（セル）
１４バスバーモジュール
１６樹脂ボード
１８中継基板
３０リードピン一体型バスバー
４２，４４係合爪
５０バッテリＥＣＵ
５６ヒューズ
５８ブレーカ
６０ＰＤＵ
６２モータ
６４ダウンコンバータ

Claims

複数の単位電池を直列に接続して構成される電池モジュールを電池収納箱内に複数並列配置し、各前記電池モジュールを直列接続した組電池の電源制御装置であって、
前記組電池及び各前記電池モジュールの電圧を制御する電池制御ユニットと、
各前記単位電池と前記電池制御ユニットの間に設けられ、隣接する前記単位電池の正極と負極とを弾性接続する複数のバスバーを有する複数のバスバーモジュールと、
各前記バスバーモジュールと前記電池制御ユニットの間に設けられた中継基板と、
を具備し、
各前記バスバーは、前記中継基板接続用のリードピンを一体に形成したリードピン一体型バスバーから構成される
ことを特徴とする組電池の電源制御装置。