JP2009152135A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】安全作業のためのスイッチ手段から延びる結線長さを極力短くできるバッテリパックを提供する。
【解決手段】出力部４の一方の端子４ａと他方の端子４ｂとを、直列接続された複数の電池モジュール３を介して接続すると共に、その複数の電池モジュール３のうち、配列方向内方側の電池モジュール３Ａ−２，３Ａ−３，３Ｂ−２，３Ｂ−３を出力部４から遠のくように配置する前提の下で、スイッチ手段３５を出力部４に近い側に配置する場合には、結線接続すべき隣り合う両電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３における電池セル１６の積層枚数を偶数枚として、その隣り合う各電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３の両出力端子３ａ，３ｂを同方向を向くようにする。これにより、スイッチ手段３５を出力部４に近い側に配置する場合であっても、結線接続すべき隣り合う両電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３における電池セル１６の積層枚数を奇数枚としている場合に比べて、スイッチ手段３５から延びる結線３８a，３８ｂ長さを短縮する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の電池モジュールが収納されたバッテリパックに関する。

バッテリパックには、特許文献１に示すように、複数の電池セル（ラミネート電池）を重ね合わせた状態で直列接続し、その複数の電池セルのうち、中間位置における隣り合う電池セル同士間にスイッチ手段を結線接続をもって介在させたものがある。このものによれば、スイッチ手段により通電関係が確保される通常時には、複数の電池セルによって高電圧を出力部に出力できる一方、スイッチ手段により通電関係が遮断されたときには、高電圧は出力部に出力されず、修理時に、作業者は感電することなく安心して修理作業を行うことができる。

ところで、近時、バッテリパックとして、複数の電池モジュールを利用したもの注目されている。電池モジュールは、複数の電池セルを、その端子特性が互い違いになるように上下方向に順次、積層すると共にその互い違いの端子同士を順次、接続することにより直列接続した構成となっており、そのような電池モジュールを直列に複数接続し、その直列接続状態の複数の電池モジュールを介して出力部の一方の端子と他方の端子とを接続すれば、その出力部から複数の電池モジュールに基づく高電圧を出力することができる。このようなバッテリパックにおいても、前述のバッテリパック同様、修理作業時の感電を防止する必要があり、複数の電池モジュールのうち、中間位置における隣り合う電池モジュール同士間にスイッチ手段を結線接続をもって介在させる必要がある。
特開２００３−３４６７４８号公報

しかし、上記バッテリパックにおいては、各電池モジュールが上下方向に電池セルを積層して構成するものであり、各電池モジュールの両出力端子（正極端子、負極端子）の向きが、電池セルの積層枚数が偶数枚か奇数枚により異なることから、スイッチ手段の位置、結線接続すべき隣り合う電池モジュールにおける電池セルの積層枚数の状況により、スイッチ手段から延びる結線の結線長さが長くなり、電気抵抗が増大せざるを得ない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、安全作業のためのスイッチ手段から延びる結線長さを極力短くできるバッテリパックを提供することにある。

前記技術的課題を達成するために本発明（請求項１に係る発明）においては、
電気負荷と接続される出力部の一方の端子と他方の端子とが、直列接続された複数の電池モジュールを介して接続され、
前記複数の電池モジュールのうち、配列方向内方側の電池モジュールが前記出力部から遠のくようにして配置され、
前記各電池モジュールが、正極端子と負極端子とが電池セル本体を間に挟むようにして配置された電池セルを複数備えて、該複数の電池セルを、その端子特性が互い違いになるように上下方向に順次、積層すると共にその互い違いの端子同士を順次、接続することにより直列接続した構成とされているバッテリパックであって、
前記複数の電池モジュールよりも前記出力部に近い側にスイッチ手段が配置され、
前記スイッチ手段が、前記配列方向内方側における隣り合う電池モジュール間に結線接続をもって介在され、
前記隣り合う両電池モジュールにおける前記電池セルの積層枚数が、偶数枚とされている構成としてある。

前記技術的課題を達成するために本発明（請求項２に係る発明）においては、
電気負荷と接続される出力部の一方の端子と他方の端子とが、直列接続された複数の電池モジュールを介して接続され、
前記複数の電池モジュールのうち、配列方向内方側の電池モジュールが前記出力部から遠のくようにして配置され、
前記各電池モジュールが、正極端子と負極端子とが電池セル本体を間に挟むようにして配置された電池セルを複数備えて、該複数の電池セルを、その端子特性が互い違いになるように上下方向に順次、積層すると共にその互い違いの端子同士を順次、接続することにより直列接続した構成とされているバッテリパックであって、
前記出力部を基準として、前記複数の電池モジュールよりも遠い側にスイッチ手段が配置され、
前記スイッチ手段が、前記配列方向内方側における隣り合う電池モジュール間に結線接続をもって介在され、
前記隣り合う両電池モジュールにおける前記電池セルの積層枚数が、奇数枚とされている構成としてある。

上記請求項１，２の好ましい態様としては、請求項３〜６の記載の通りとなる。

請求項１に係る発明によれば、結線接続すべき隣り合う両電池モジュールが、電池セルの積層枚数を偶数枚としていることから、その隣り合う各電池モジュールの両出力端子は同方向を向くことになり、スイッチ手段が出力部に近い側に配置される場合には、結線接続すべき隣り合う両電池モジュールが、電池セルの積層枚数を奇数枚としている場合に比べて、スイッチ手段から延びる結線長さを短縮できる。

請求項２に係る発明によれば、結線接続すべき隣り合う両電池モジュールが、電池セルの積層枚数を奇数枚としていることから、その隣り合う各電池モジュールの両出力端子は相反する方向を向くことになり、スイッチ手段が出力部を基準として複数の電池モジュールよりも遠い側に配置される場合には、結線接続すべき隣り合う両電池モジュールが、電池セルの積層枚数を偶数枚としている場合に比べて、スイッチ手段から延びる結線長さを短縮できる。

請求項３に係る発明によれば、複数の電池モジュールが、出力部から同方向に離れるようにして２列の電池モジュール列群を構成しており、スイッチ手段が、両電池モジュール列群における出力部から最も離れた電池モジュール同士を隣り合う両電池モジュール同士として結線を介して接続していることから、スイッチ手段が出力部に近い側に配置される場合には、スイッチ手段から延びる結線長さが長くなる傾向の構造になるものの、その構造の下でも、その結線長さを極力短くできる。その一方、スイッチ手段が出力部を基準として複数の電池モジュールよりも遠い側に配置される場合には、結線接続すべき隣り合う両電池モジュールがスイッチ手段に近づく構造となり、そのスイッチ手段からの結線長さをより短くできる。
しかも、スイッチ手段により通電関係が確保される通常時には、２列の電池モジュール列群によって高電圧を出力部に確実に出力できる。

請求項４に係る発明によれば、複数の電池モジュールのうち、隣り合う両電池モジュール以外の電池モジュールが、電池セルの積層枚数を奇数枚としていることから、その電池モジュールの両出力端子の向きが相反する方向に向くことになり、それら電池モジュール同士を最も短い結線距離をもって直列に接続できる。このため、全体としての結線長さを短縮化できる。

請求項５に係る発明によれば、隣り合う両電池モジュール（結線接続すべき電池モジュール）における電池セルの積層枚数と、隣り合う両電池モジュール以外の電池モジュールにおける電池セルの積層枚数とを異ならせて、電池セルの積層枚数の少ない電池モジュール側に、配設空間として段差空間が形成されていることから、電池セルの積層枚数の調整により簡単に配設空間を形成することができる。

請求項６に係る発明によれば、段差空間にバッテリ制御用コントローラが配置されていることから、段差空間をバッテリ制御用コントローラの配設空間として有効に利用しつつ、各電池モジュールに対してバッテリ制御用コントローラを近づけて各電池モジュールとバッテリ制御用コントローラとの結線長さを短くできる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１、図２において、符号１は、自動車に搭載される実施形態に係るバッテリパックを示す。このバッテリパック１は、収納容器としての収納ケース２内に複数の電池モジュール３を収納することにより構成されており、その出力部４は、高電圧を出力できることになっている。このバッテリパック１は、車室内のシート(好ましくは、最も温度が低くなる２列目ないしは３列目のシート）の下側配置されて、駆動電源として用いられる。

前記収納ケース２は、図１，図２に示すように、平面視長方形状とされた長尺なものとされている。この収納ケース２の内部には、その長手方向(図１，図２中、左右方向）一端側（図１中、左端側）において、前記出力部４を収納するジャンクボックス部３０が形成され、そのジャンクボックス部３０よりも収納ケース２の長手方向他端側において収納空間３１が形成されている。

前記複数の電池モジュール３は、図１，図２に示すように、前記収納空間３１において、収納ケース２の幅方向(図１中、上下方向）に２列の電池モジュール列群１５（１５Ａ，１５Ｂ）を構成している。各電池モジュール列群１５は、収納ケース２の長手方向に３個の電池モジュール３を直列に配設しており、各電池モジュール列群１５は、出力部４から遠のいて延びる配置構成をそれぞれ採っている。尚、各電池モジュール３は、図示を略す保持プレート、取付けボルト等を用いて、収納ケース２の底壁に固定される。

前記各電池モジュール３は、図２，図５，図６に示すように、複数の電池セル（ラミネート電池（例えばリチウムイオン電池））１６を上下方向に積層することにより構成されている。各電池セル１６は、電池セル本体３２と、その電池セル本体３２を基準として両側に延出される正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂとを備えている。電池セル本体３２は、図３に示すように、セルケース１７と、そのセルケース１７内に収納保持される本体部１８とを備えている。セルケース１７は、外形が平面視長方形状とされた枠状に形成されており、そのセルケース１７を順次、積み上げることにより、平坦な積層面（側面）が形成できることになっている。本体部１８は、内部に密閉空間を形成する外装フィルムを有しており、その外装フィルムの密閉空間内には、所定の起電力（例えば３．６Ｖ）を出力する薄型の電気デバイス要素が電解液と共に収納されている。正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂは、本体部１８の外装フィルムの両側から引き出されており、それら端子２６ａ，２６ｂは、セルケース１７の長手方向両側から外方に延出されている。このような電池セル１６は上下方向に積層されるが、各電池セル１６は、その正極端子２６ａ及び負極端子２６ｂが隣り合う電池セル３の端子２６ａ，２６ｂに対して互い違いになるように積層され、その対向する正極端子２６ａと負極端子２６ｂとを順次、接続することにより、各電池モジュール３における複数の電池セル３は直列接続されている。この場合、電池モジュール３における複数の電池セル１６の積層枚数が奇数枚のときには、図５に示すように、その電池モジュール３の一方の出力端子３ａ（積層方向一方側の正極端子又は負極端子）と他方の出力端子３ｂ（積層方向他方側の負極端子又は正極端子）とは、その電池モジュール３の対向する積層面から互いに相反する方向に突出されており、電池モジュール３における複数の電池セル１６の積層枚数が偶数枚のときには、図６に示すように、その電池モジュール３の一方の出力端子３ａ（積層方向一方側の正極端子又は負極端子）と他方の出力端子３ｂ（積層方向他方側の負極端子又は正極端子）とは、その電池モジュール３の同一の積層面から同方向に突出されている。

前記電池モジュール列群１５Ａは、前記出力部４側から遠のく方向に向けて順に、電池セル１６の積層枚数が奇数枚（１５枚）の電池モジュール３Ａ−１、電池セル１６の積層枚数が奇数枚（１５枚）の電池モジュール３Ａ−２、電池セル１６の積層枚数が偶数枚（１８枚）の電池モジュール３Ａ−３を配置している。電池モジュール３Ａ−１は、その一方の出力端子である正極端子３ａが出力部４に向けられ、他方の出力端子である負極端子３ｂは電池モジュール３Ａ−２に向けられている。電池モジュール３Ａ−２は、その一方の出力端子である正極端子３ａが電池モジュール３Ａ−１の負極端子３ｂに向けられており、他方の出力端子である負極端子３ｂは電池モジュール３Ａ−３に向けられている。電池モジュール３Ａ−３は、その一方の出力端子である正極端子３ａ及び他方の出力端子である負極端子３ｂが電池モジュール３Ａ−２に向けられている。電池モジュール３Ａ−１の正極端子３ａは、接続片３３、接続線３４を介して出力部４の一方の端子４ａに接続され、電池モジュール３Ａ−１の負極端子３ｂと電池モジュール３Ａ−２の正極端子３ａとは接続片３３を介して接続され、電池モジュール３Ａ−２の負極端子３ｂと電池モジュール３Ａ−３の正極端子３ａとは接続片３３を介して接続されている。

前記電池モジュール列群１５Ｂは、前記電池モジュール列群１５Ａと同方向であって、出力部４側から遠のく方向に向けて順に、電池セル１６の積層枚数が奇数枚（１５枚）の電池モジュール３Ｂ−１、電池セル１６の積層枚数が奇数枚（１５枚）の電池モジュール３Ｂ−２、電池セル１６の積層枚数が偶数枚（１８枚）の電池モジュール３Ｂ−３を配置している。電池モジュール３Ｂ−１は、その一方の出力端子である負極端子３ｂが出力部４に向けられ、他方の出力端子である正極端子３ａは電池モジュール３Ｂ−１に向けられている。電池モジュール３Ｂ−２は、その一方の出力端子である負極端子３ｂが電池モジュール３Ｂ−１の正極端子３ａに向けられており、他方の出力端子である正極端子３ａは電池モジュール３Ｂ−３に向けられている。電池モジュール３Ｂ−３は、その一方の出力端子である負極端子３ｂ及び他方の出力端子である正極端子３ａが電池モジュール３Ｂ−２に向けられている。電池モジュール３Ｂ−１の負極端子３ｂは、接続片３３、接続線３４を介して出力部４の他方の端子４ｂに接続され、電池モジュール３Ｂ−１の正極端子３ａと電池モジュール３Ｂ−２の負極端子３ｂとは接続片３３を介して接続され、電池モジュール３Ｂ−２の正極端子３ａと電池モジュール３Ｂ−３の負極端子３ｂとは接続片３３を介して接続されている。

前記収納ケース２には、図１，図２に示すように、修理時の作業の安全性（修理作業中の感電防止）を確保すべく、スイッチ手段としてスイッチ機構３５が設けられている。スイッチ機構３５は、プラグ（通称サービスプラグ）３６と、そのプラグ３６を差し込むためのコンセント３７とを備えている。プラグ３６は、外部に突出する一対の挿入部３６ａが、内部において連通された構成とされており、そのプラグ３６には、作業者が操作できるようにすべく、把持部３６ｂが設けられている。コンセント３７は、収納ケース２及びジャンクボックス部３０に跨るようにして設けられている。コンセント３７は、作業性（作業の便宜）を考慮して、複数の電池モジュール３よりも出力部４側に配置され、その差し込み口３７ａ（図２参照）は、収納ケース２の外面から露出することになっている。このコンセント３７内には、各差し込み口３７ａに連続して接続片（図示略）がそれぞれ設けられており、その一方の差し込み口３７ａにおけ接続片は、収納ケース２の長手方向他端に配置される電池モジュール３Ａ−３の負極端子３ｂに結線３８ａを介して接続され、その他方の差し込み口３７ａにおけ接続片は、収納ケース２の長手方向他端に配置される電池モジュール３Ｂ−３の正極端子３ａに結線３８ｂを介して接続されている（図１，図７参照）。コンセント３７にプラグ３６（一対の挿入部３６ａ）を差し込んだときに、出力部４の一方の端子４ａと他方の端子４ｂとを、直列接続状態の６つの電池モジュール３Ａ−１〜３Ａ−３，３Ｂ−１〜３Ｂ−３により接続して、出力部４に６つの電池モジュール３Ａ−１〜３Ａ−３，３Ｂ−１〜３Ｂ−３に基づく高電圧を供給できるようにする一方、修理作業時にプラグ３６をコンセント３７から引き抜いて、電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３間の接続関係を絶ち、出力部４対する電圧の供給を遮断するためである。このとき、複数の電池モジュール３Ａ−１〜３Ａ−３，３Ｂ−１〜３Ｂ−３に対する結線３８ａ，３８ｂの接続を、電池モジュール３Ａ−３の出力端子（負極端子）３ｂと電池モジュール３Ｂ−３の出力端子（正極端子）３ａとしているのは、中点に接続することにより電位差を生じないようにするためである。

この場合、結線３８ａ，３８ｂが接続される電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３として、電池セル１６の積層枚数が偶数枚からなるものが用いられて、その両電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３の両出力端子３ａ，３ｂが出力部４側に向けられていることから、図１，図８に示すように、電池セル１６の積層枚数が奇数枚からなる電池モジュールを用いる場合（図８参照）に比べて、結線３８ａ，３８ｂの長さは短くなる（電気抵抗が小となる）。
またこの場合、電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３以外の電池モジュール３Ａ−１〜３Ａ−２，３Ｂ−１〜３Ｂ−２として、電池セル１６の積層枚数が奇数枚からなるものが用いられて、それら各電池モジュール３Ａ−１〜３Ａ−２，３Ｂ−１〜３Ｂ−２の両出力端子３ａ，３ｂの向きが、図１に示すように、相反する方向に向けられることから、それら電池モジュール同士を短い接続片３３を用いて直列に接続でき、全体として必要な接続片３３の量を少なくできる（結線長さの短縮化）。

また、電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３として、積層枚数が１８枚とされたものが用いられる一方、それ以外の前記電池モジュール３Ａ−１、３Ａ−２、３Ｂ−１、３Ｂ−２として、積層枚数が１５枚とされたものが用いられており、収納ケース２内には、電池モジュール３Ａ−１、３Ａ−２、３Ｂ−１、３Ｂ−２の上方において、段差空間３９が形成されている。この段差空間３９には、バッテリ制御用コントローラＵが配設されており、このコントローラＵは、各電池モジュールに付いた温度センサから信号を受け取って、バッテリ冷却ファン（図示略）への駆動・停止信号を出力したり、電流センサ及び電圧センサから信号を受け取って、バッテリの蓄電量を算出し車両側コントローラに情報を出力する機能等を発揮する。このように、段差空間３９にコントローラＵを配設することから、段差空間３９をコントローラＵの配設空間として有効に利用しつつ、各電池モジュール３に対してコントローラＵを近づけて各電池モジュール３とコントローラＵとの結線長さを短くできる。

図９は、第２実施形態を示す。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同一構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

この第２実施形態においては、電池モジュール３Ａ−１〜３Ａ−２，３Ｂ−１〜３Ｂ−２だけでなく、収納ケース２の長手方向他端の電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３も、電池セル１６の積層枚数が奇数枚（例えば１９枚）とされており、その電池モジュール３Ａ−３（３Ｂ−３）の両出力端子３ａ，３ｂが相反する方向に向けられ、結線接続すべき電池モジュール３Ａ−３（３Ｂ−３）の出力端子３ｂ（３ａ）が、収納ケース２の長手方向他端側外方に向けられている。また、スイッチ機構３５は、収納ケース２にその長手方向他端側において設けられており、そのスイッチ機構３５のコンセント３７と両電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３の出力端子３ｂ，３ａとは、６つの電池モジュール３Ａ−１〜３Ａ−３，３Ｂ−１〜３Ｂ−３を介して出力部４の一方の端子４ａと他方の端子４ｂとを接続すべく、結線３８ａ，３８ｂを介して接続されている。このため、スイッチ機構３５が、収納ケース２の長手方向において、出力部４と反対側に位置されていても、スイッチ機構３５（コンセント３７）と電池モジュール３Ａ−３，３Ｂ−３の出力端子３ｂ，３ａとを接続すべき結線３８ａ，３８ｂの長さを短くすることができる（電気抵抗を低くできる）。

第１実施形態に係るバッテリパックを平面的に説明する説明図。 図１に係るバッテリパックを背面側から説明する説明図。 電池セルを平面的に説明する説明図。 図３に係る電池セルを示す正面図。 積層枚数が奇数枚である電池モジュールを説明する説明図。 積層枚数が偶数枚である電池モジュールを説明する説明図。 図１の要部拡大説明図。 比較例に係るバッテリパックを平面的に説明する説明図。 第２実施形態に係るバッテリパックを平面的に説明する説明図。

符号の説明

１ バッテリパック
２ 収納ケース
３ 電池モジュール
３Ａ−３ 電池モジュール（隣り合う電池モジュール）
３Ｂ−３ 電池モジュール（隣り合う電池モジュール）
４ 出力部
４ａ 出力部の一方の端子
４ｂ 出力部の他方の端子
１５Ａ 電池モジュール列群
１５Ｂ 電池モジュール列群
１６ 電池セル
２６ａ 正極端子
２６ｂ 負極端子
３２ 電池セル本体
３５ スイッチ機構（スイッチ手段）
３６ プラグ
３７ コンセント
３９ 段差空間
Ｕ バッテリ制御用コントローラ

Claims (6)

1. 電気負荷と接続される出力部の一方の端子と他方の端子とが、直列接続された複数の電池モジュールを介して接続され、
   前記複数の電池モジュールのうち、配列方向内方側の電池モジュールが前記出力部から遠のくようにして配置され、
   前記各電池モジュールが、正極端子と負極端子とが電池セル本体を間に挟むようにして配置された電池セルを複数備えて、該複数の電池セルを、その端子特性が互い違いになるように上下方向に順次、積層すると共にその互い違いの端子同士を順次、接続することにより直列接続した構成とされているバッテリパックであって、
   前記複数の電池モジュールよりも前記出力部に近い側にスイッチ手段が配置され、
   前記スイッチ手段が、前記配列方向内方側における隣り合う電池モジュール間に結線接続をもって介在され、
   前記隣り合う両電池モジュールにおける前記電池セルの積層枚数が、偶数枚とされている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
2. 電気負荷と接続される出力部の一方の端子と他方の端子とが、直列接続された複数の電池モジュールを介して接続され、
   前記複数の電池モジュールのうち、配列方向内方側の電池モジュールが前記出力部から遠のくようにして配置され、
   前記各電池モジュールが、正極端子と負極端子とが電池セル本体を間に挟むようにして配置された電池セルを複数備えて、該複数の電池セルを、その端子特性が互い違いになるように上下方向に順次、積層すると共にその互い違いの端子同士を順次、接続することにより直列接続した構成とされているバッテリパックであって、
   前記出力部を基準として、前記複数の電池モジュールよりも遠い側にスイッチ手段が配置され、
   前記スイッチ手段が、前記配列方向内方側における隣り合う電池モジュール間に結線接続をもって介在され、
   前記隣り合う両電池モジュールにおける前記電池セルの積層枚数が、奇数枚とされている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
3. 請求項１又は２において、
   前記複数の電池モジュールが、前記出力部から同方向に離れるようにして２列の電池モジュール列群を構成しており、
   前記スイッチ手段が、前記両電池モジュール列群における出力部から最も離れた電池モジュール同士を前記隣り合う両電池モジュール同士として結線を介して接続している、
   ことを特徴とするバッテリパック。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記複数の電池モジュールのうち、前記隣り合う両電池モジュール以外の電池モジュールが、前記電池セルの積層枚数を奇数枚としている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記隣り合う両電池モジュールにおける電池セルの積層枚数と、前記隣り合う両電池モジュール以外の電池モジュールにおける電池セルの積層枚数とを異ならせて、電池セルの積層枚数の少ない電池モジュール側に、配設空間として段差空間が形成されている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
6. 請求項５において、
   前記段差空間に、バッテリ制御用コントローラが配置されている、
   ことを特徴とするバッテリパック。
   

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