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JP7594366B2 - 車両用バッテリユニット - Google Patents

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Description

本発明は、車両用バッテリユニットに関する。
板形状を成すフレームに単電池を保持させて小モジュールを形成し、その小モジュールをフレームの厚み方向に複数個積層して積層ユニットを形成し、積層ユニットを積層方向の両面からヒートシンクで加圧して一体的に保持することで車両用バッテリユニット構成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５－１１６４２７号公報
特許文献１の車両用バッテリユニットは、電動車両における駆動用モータの高電圧の電源に適する。一方、電動車両においてもヘッドライトやカーナビゲーションシステム等の電源として相対的に低電圧の補器用バッテリが別途に搭載されるのが一般的である。
しかしながら、近年、車両には多くの電気機器が搭載され、それらの設置スペースは極めて多くの制約を受ける。
本発明は、上記事情に鑑みてなされものであり、高電圧のバッテリと低電圧のバッテリとを一体的に統合し、設置に係る制約の多い条件にも適合する車両用バッテリユニットを提供すること目的とする。
（１）所定の第１の仕様の複数の扁平型バッテリセル（例えば、後述する扁平型バッテリセル１６）を積層して構成された高圧バッテリ（例えば、後述する高圧バッテリ４）と、所定の第２の仕様の複数の扁平型バッテリセル（例えば、後述する扁平型バッテリセル２０）を積層して構成された低圧バッテリ（例えば、後述する低圧バッテリ５）と、前記高圧バッテリと前記低圧バッテリとを相互に絶縁された状態で一体化された複合バッテリユニット（例えば、後述する複合バッテリユニット３）として当該積層の方向に加圧して支持する支持体（例えば、後述する支持体６）と、
を備えた車両用バッテリユニット。
（２）前記第１の仕様と前記第２の仕様とは同仕様である、（１）に記載の車両用バッテリユニット。
（３）前記支持体は、前記高圧バッテリと前記低圧バッテリとを当該積層の方向に連結して支持する、（１）又は（２）に記載の車両用バッテリユニット。
（４）前記高圧バッテリの出力電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ（例えば、後述するＤＣ－ＤＣコンバータ１１）が前記複合バッテリユニットに付設された、（１）から（３）の何れかに記載の車両用バッテリユニット。
（５）前記ＤＣ－ＤＣコンバータに冷却回路（例えば、後述する冷却回路１３）が付設された、（４）に記載の車両用バッテリユニット。
（６）前記支持体は、前記複合バッテリユニットの当該積層の方向の両端部に設けられた一対のエンドプレート（例えば、後述するエンドプレート７，８）と、前記一対のエンドプレート間を、前記複合バッテリユニットを間に挟んで結ぶ一対のサイドプレート（例えば、後述するサイドプレート９，１０）とを有し、前記サイドプレートは前記複合バッテリユニットの構成要素である前記扁平型バッテリセルをその幅方向のタブが折り曲げられた状態で支持する、（１）から（５）の何れかに記載の車両用バッテリユニット。
（７）前記複合バッテリユニットの状態を管理するバッテリ管理装置（ＢＭＳ）（例えば、後述するＢＭＳ１５）が前記複合バッテリユニットに付設された、（１）から（６）の何れかに記載の車両用バッテリユニット。
（８）前記支持体は、当該車両用バッテリユニットが車両に搭載された状態で、前記高圧バッテリの正極端子（例えば、後述する正極出力端子１９）が負極端子（例えば、後述する負極出力端子１８）よりも前記車両の車体から離隔して位置するように前記複合バッテリユニットを支持する、（１）から（７）の何れかに記載の車両用バッテリユニット。
（１）の車両用バッテリユニットでは、支持体によって、高圧バッテリと低圧バッテリとが複合バッテリユニットとして一体化されて複合バッテリユニットの構成要旨である扁平型バッテリセルの積層方向に加圧して支持されているため、扁平型バッテリセルが十全に機能し、且つ、電源部がコンパクトになり、車両の設置に係る制約の多い条件にもよく適合する。
（２）の車両用バッテリユニットでは、高圧バッテリを構成する扁平型バッテリセルと低圧バッテリを構成する扁平型バッテリセルとが同じ仕様のものであるため、同じ扁平型バッテリセルの直列接続の数を変えることによって高圧バッテリと低圧バッテリとが区分されるため、部品の種類が少なくなり、製造時の管理コストが低減される。
（３）の車両用バッテリユニットでは、支持体によって、高圧バッテリと低圧バッテリとがそれらを構成する扁平型バッテリセルの積層方向に連結して支持されるため、扁平型バッテリセル相互間に積層方向押圧力が作用して構造的に安定した複合バッテリユニットが形成される。
（４）の車両用バッテリユニットでは、高圧バッテリの出力電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータが複合バッテリユニットに付設されているため、車両用バッテリユニットから車両駆動用電動機までの電源ケーブルルートが簡素になる。
（５）の車両用バッテリユニットでは、ＤＣ－ＤＣコンバータに冷却回路が付設されているため、ＤＣ－ＤＣコンバータの冷却回路をバッテリの冷却回路と兼用させることができ冷却系の構成が簡素化される。
（６）の車両用バッテリユニットでは、支持体は、複合バッテリユニットの当該積層の方向の両端部に設けられた一対のエンドプレートと、一対のエンドプレート間を、複合バッテリユニットを間に挟んで結ぶ一対のサイドプレートとを有する。このサイドプレートによって複合バッテリユニットの構成要素である扁平型バッテリセルをその幅方向のタブが折り曲げられた状態で支持する。従って、全体的にコンパクトな車両用バッテリユニットが実現する。
（７）の車両用バッテリユニットでは、複合バッテリユニットの状態を管理するバッテリ管理装置（ＢＭＳ）が複合バッテリユニットに付設されているため、複合バッテリユニット３に関する管理系統が簡素化される。
（８）の車両用バッテリユニット１では、支持体６は、当該車両用バッテリユニット１が車両に搭載された状態で、高圧バッテリの正極端子が負極端子よりも車体から離隔して位置するように複合バッテリユニットを支持する。このため、メンテナンスに際して高圧バッテリの正極出力端子がアース（車体）に短絡するおそれが低減する。
本発明の一実施形態としての車両用バッテリユニットを表す平面図である。 図１の車両用バッテリユニットのＡ－Ａ線断面図である。 本発明の他の実施形態としての車両用バッテリユニット要部断面図である。 本発明の他の実施形態としての車両用バッテリユニット要部断面図である。 本発明の他の実施形態としての車両用バッテリユニット要部断面図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての車両用バッテリユニットを表す平面図である。
図２は図１の車両用バッテリユニットのＡ－Ａ線断面図である。
図１及び図２において、車両用バッテリユニット１は断面にて図示のバッテリケース２に複合バッテリユニット３が収納されて構成されている。複合バッテリユニット３は、高圧バッテリ４と低圧バッテリ５とが支持体６によって相互に絶縁された状態で一体化されて、複合バッテリユニットの構成要旨である扁平型バッテリセルの積層方向に加圧して支持されるように構成されている。高圧バッテリ４は、所定の第１の仕様の複数の扁平型バッテリセルを積層して構成されている。ここに第１の仕様とは、例えば、平均電圧が数ボルトのラミネート電池である。また、全固体バッテリであり得る。全固体バッテリである場合にも、支持体６によって、扁平型バッテリセルの積層方向に加圧して支持されるため十全に機能する。低圧バッテリ５は、所定の第２の仕様の複数の扁平型バッテリセルを積層して構成されている。ここに第２の仕様とは、例えば、平均電圧が数ボルトの電池であり、第１の仕様と同仕様であり得る。車両用バッテリユニット１は、特に、ＨＶやＨＥＶにおける車両用バッテリユニットとして構成される。高圧バッテリ４は、主に車両走行用の電動機等を駆動するために用いられる。低圧バッテリ５は、一般的な車両の補機の電源として用いられる。
支持体６は、複合バッテリユニット３の扁平型バッテリセルの積層方向の両端部に設けられた一対のエンドプレート７，８と、この一対のエンドプレート７，８間を、複合バッテリユニット３を間に挟んで結ぶ一対のサイドプレート９，１０とを有している。即ち、複合バッテリユニット３の高圧バッテリ４側の端部にエンドプレート７が設けられ、複合バッテリユニット３の低圧バッテリ５側にエンドプレート８が設けられる。サイドプレート９，１０は、一対のエンドプレート７，８間を一定のテンションを維持して結ぶように配される。従って、高圧バッテリ４及び低圧バッテリ５には、それらの扁平型バッテリセルの積層方向に常時押圧力が作用して加圧して支持される。各扁平型バッテリセルはそれらの幅方向にタブ（不図示）を有する。一対のエンドプレート７，８は複合バッテリユニット３の構成要素である扁平型バッテリセルをそれらのタブが折り曲げられた状態で支持する。
複合バッテリユニット３には高圧バッテリ４の出力電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ１１が付設されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１１は高圧バッテリ４の出力電圧が印加される２本の電力線間に電気的に接続されて、電圧を変換する、所謂双方向のＤＣ－ＤＣコンバータであり得る。図１ではＤＣ－ＤＣコンバータ１１の外平面投影で見た外形と配置とを破線にて図示している。
ＤＣ－ＤＣコンバータ１１には冷却回路１３が付設されている。冷却回路１３はＤＣ－ＤＣコンバータ１１と複合バッテリユニット３の一つの壁面或いはタブ接続面上との間に介挿された熱伝導絶縁部材１４の中に設けられた冷却液の循環路として構成される。冷却回路１３には外部の冷却液ポンプと熱交換器とによって熱交換される冷却液が図１に矢線図示の如くに流れる。
複合バッテリユニット３には、バッテリの状態を管理するバッテリ管理装置（ＢＭＳ）１５が付設されている。図２に概念的に示された如く、本例では、ＢＭＳ１５はＤＣ－ＤＣコンバータ１１内にＤＣ－ＤＣコンバータ回路と共に収納されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ１１とＢＭＳ１５とは同一基盤上に形成されてもよい。
次に、図１を参照して、高圧バッテリ４、低圧バッテリ５の構成について具体的に説明する。
高圧バッテリ４は、複数の扁平型バッテリセル１６が積層されて構成される。各扁平型バッテリセル１６は図２の視座で上辺の左右両端近傍位置に正極及び負極の電極タブ（不図示）を有する。これら複数の扁平型バッテリセル１６は、図１の接続導体１７によって直列に接続される。
詳細には、一つの扁平型バッテリセル１６に対してもう一つの扁平型バッテリセル１６を表裏の関係を逆にして、互い違いに重ね合わせる。このように重ね合わせると、一つの扁平型バッテリセル１６の正極タブが隣接するもう一つの扁平型バッテリセル１６の負極タブと近接し、一つの扁平型バッテリセル１６の負極タブが隣接するもう一つの扁平型バッテリセル１６の正極タブと近接する。
従って、このように近接する正極及び負極の電極タブを接続導体１７によって接続することにより短い配線（幅の狭い導体）で扁平型バッテリセル１６の直列接続体としての高圧バッテリ４を構成することができる。
直列接続の始端に当たる扁平型バッテリセル１６（図１では上方側のもの）の正極タブに連なる導体が高圧バッテリ４の正極出力端子１９としてバッテリケース２の外部に導出される。直列接続の終端に当たる扁平型バッテリセル１６（図１では下方側のもの）の負極タブに連なる導体が高圧バッテリ４の負極出力端子１８としてバッテリケース２の外部に導出される。
低圧バッテリ５は、複数の扁平型バッテリセル２０が積層されて構成される。各扁平型バッテリセル２０は図２の視座で上辺の左右両端近傍位置に正極及び負極の電極タブ（不図示）を有する。これら複数の扁平型バッテリセル２０は、図１の接続導体２１によって直列に接続される。
高圧バッテリ４の場合と同様に、一つの扁平型バッテリセル２０に対してもう一つの扁平型バッテリセル２０を表裏の関係を逆にして、互い違いに重ね合わせる。このように重ね合わせると、一つの扁平型バッテリセル２０の正極タブが隣接するもう一つの扁平型バッテリセル２０の負極タブと近接し、一つの扁平型バッテリセル２０の負極タブが隣接するもう一つの扁平型バッテリセル２０の正極タブと近接する。
従って、このように近接する正極及び負極の電極タブを接続導体２１によって接続することにより短い配線（幅の狭い導体）で扁平型バッテリセル１６の直列接続体としての低圧バッテリ５を構成することができる。
直列接続の始端に当たる扁平型バッテリセル２０（図１では上方側のもの）の正極タブに連なる導体が低圧バッテリ５の正極出力端子２２としてバッテリケース２の外部に導出される。直列接続の終端に当たる扁平型バッテリセル２０（図１では下方側のもの）の負極タブに連なる導体が低圧バッテリ５の負極出力端子２３としてバッテリケース２の外部に導出される。
図１及び図２において、車両用バッテリユニット１のバッテリケース２は、バッテリケース本体２４が蓋体２５で封止されるように構成されている。蓋体２５に設けられた貫通孔（不図示）から、高圧バッテリ４の正極出力端子１９及び負極出力端子１８、並びに、低圧バッテリ５の正極出力端子２２及び負極出力端子２３が外部に導出される。また冷却回路１３バッテリケース本体２４の適所に冷却回路１３が外部と連通する貫通孔が設けられる。なお、バッテリケース本体２４の底部２６にバッテリケース２を車両の所定部位に設置するための脚部２７が図示の４箇所に設けられている。
図２を参照して説明したように、複合バッテリユニット３には、バッテリ管理装置（ＢＭＳ）１５が付設されている。本例では、ＢＭＳ１５は、高圧バッテリ４を構成する各扁平型バッテリセル１６，１６の状態（起電力）を検出するセル電圧センサ（ＣＶＳ）を含んで構成される。図２では、ＣＶＳのリード線２８が各扁平型バッテリセル１６，１６からＢＭＳ１５を収納したＤＣ－ＤＣコンバータ１１に引き込まれている。
なお、図１の車両用バッテリユニットでは、支持体６は、車両用バッテリユニット１が車両に搭載された状態で、高圧バッテリ４の正極端子が負極端子よりも車体から離隔して位置するように複合バッテリユニット３を支持する。
図１及び図２を参照して説明した車両用バッテリユニット１では、複合バッテリユニット３における高圧バッテリ４の正極出力端子１９および負極出力端子１８をバッテリケース２から外部に導出する側の面である上面にＤＣ－ＤＣコンバータ１１を、熱伝導絶縁部材１４を介して接触させるように設けた。しかしながら、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１の配置はこれに限られず、次に、図３から図５を参照して説明するように種々選択できる。
図３から図５は、それぞれ、本発明の他の実施形態としての車両用バッテリユニットを図１におけるＡ－Ａ線に想到する位置で見た要部断面図である。
図３から図５において、図１及び図２との対応部には同一の符号附して示し、それら対応部については、図１及び図２における説明を援用する。
図３の車両用バッテリユニット１ａでは、複合バッテリユニット３における高圧バッテリ４の正極出力端子１９および負極出力端子１８をバッテリケース２から外部に導出する側の面と直交する面である側面にＤＣ－ＤＣコンバータ１１を、熱伝導絶縁部材１４を介して接触させるように設けている。
図４の車両用バッテリユニット１ｂでは、複合バッテリユニット３における高圧バッテリ４の正極出力端子１９および負極出力端子１８をバッテリケース２から外部に導出する側の面と反対側の面である底面にＤＣ－ＤＣコンバータ１１を、熱伝導絶縁部材１４を介して接触させるように設けている。
図５の車両用バッテリユニット１ｃでは、複合バッテリユニット３が収納されるバッテリケース２はその脚部２７が当該バッテリケース２の断面における長手方向の一端部側に設けられ、結果的に、脚部２７が接触を予定している車体の取り付け面に対し、比較的小面積の投影面から比較的高く伸びた形態をとる。図示のように、車両用バッテリユニット１ｃでは、複合バッテリユニット３における高圧バッテリ４の正極出力端子１９および負極出力端子１８をバッテリケース２から外部に導出する側の面であるバッテリケース２の側面に平行な面にＤＣ－ＤＣコンバータ１１を、熱伝導絶縁部材１４を介して接触させるように設けている。
本実施形態の車両用バッテリユニットによれば、以下の効果を奏する。
（１）の車両用バッテリユニット１では、支持体６によって、高圧バッテリ４と低圧バッテリ５とが複合バッテリユニット３として一体化され複合バッテリユニット３の構成要旨である扁平型バッテリセル１６の積層方向に加圧して支持されているため、扁平型バッテリセル１６が十全に機能し、且つ、電源部がコンパクトになり、車両の設置に係る制約の多い条件にもよく適合する。
（２）の車両用バッテリユニット１では、高圧バッテリ４を構成する扁平型バッテリセル１６と低圧バッテリ５を構成する扁平型バッテリセル２０とが同じ仕様のものであるため、同じ扁平型バッテリセルの直列接続の数を変えることによって高圧バッテリと低圧バッテリとが区分されるため、部品の種類が少なくなり、製造時の管理コストが低減される。
（３）の車両用バッテリユニットでは、支持体６によって、高圧バッテリ４と低圧バッテリ５とがそれらを構成する扁平型バッテリセル１６，２０の積層方向に連結して支持されるため、扁平型バッテリセル相互間に積層方向押圧力が作用して構造的に安定した複合バッテリユニット３が形成される。
（４）の車両用バッテリユニットでは、高圧バッテリ４の出力電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータ１１が複合バッテリユニット３に付設されているため、車両用バッテリユニット１から車両駆動用電動機までの電源ケーブルルートが簡素になる。
（５）の車両用バッテリユニット１では、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１に冷却回路１３が付設されているため、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１の冷却回路１３をバッテリの冷却回路と兼用させることができ冷却系の構成が簡素化される。
（６）の車両用バッテリユニット１では、支持体６は、複合バッテリユニット３の当該積層の方向の両端部に設けられた一対のエンドプレート７，８と、一対のエンドプレート間を、複合バッテリユニット３を間に挟んで結ぶ一対のサイドプレート９，１０とを有する。このサイドプレート９，１０によって複合バッテリユニット３の構成要素である扁平型バッテリセル１６をその幅方向のタブが折り曲げられた状態で支持する。従って、全体的にコンパクトな車両用バッテリユニットが実現する。
（７）の車両用バッテリユニット１では、複合バッテリユニット３の状態を管理するバッテリ管理装置（ＢＭＳ）１５が複合バッテリユニット３に付設されているため、複合バッテリユニット３に関する管理系統が簡素化される。
（８）の車両用バッテリユニット１では、支持体６は、当該車両用バッテリユニット１が車両に搭載された状態で、高圧バッテリ４の正極出力端子１９が負極出力端子１８よりも車体から離隔して位置するように複合バッテリユニット３を支持する。このため、メンテナンスに際して高圧バッテリ４の正極出力端子１９がアース（車体）に短絡するおそれが低減する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。例えば、上述の図１の例では、高圧バッテリ４は扁平型バッテリセルを直列接続する構成を採ったが、このような直列接続による直列接続体を複数並列接続して、大容量化をはかった高圧バッテリとした構成してもよい。
１…車両用バッテリユニット
２…バッテリケース
３…複合バッテリユニット
４…高圧バッテリ
５…低圧バッテリ
６…支持体
７、８…エンドプレート
９、１０…サイドプレート
１１…ＤＣ－ＤＣコンバータ
１３…冷却回路
１４…熱伝導絶縁部材
１５…バッテリ管理装置（ＢＭＳ）
１６…扁平型バッテリセル
１７…接続導体
１８…負極出力端子
１９…正極出力端子
２０…扁平型バッテリセル
２１…接続導体
２２…正極出力端子
２３…負極出力端子
２４…バッテリケース本体
２５…蓋体
２６…底部
２７…脚部
２８…リード線

Claims (5)

  1. 所定の第１の仕様の複数の扁平型バッテリセルを積層して構成された高圧バッテリと、
    所定の第２の仕様の複数の扁平型バッテリセルを積層して構成された低圧バッテリと、
    前記高圧バッテリと前記低圧バッテリとを相互に絶縁された状態で一体化された複合バッテリユニットとして当該積層の方向に加圧して支持する支持体と、
    を備え、
    前記支持体は、前記複合バッテリユニットの当該積層の方向の両端部に設けられた一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレート間を、前記複合バッテリユニットを間に挟んで結ぶ一対のサイドプレートとを有し、前記サイドプレートは前記複合バッテリユニットの構成要素である前記扁平型バッテリセルをその幅方向のタブが折り曲げられた状態で支持し、
    前記高圧バッテリの出力電圧を変換するＤＣ－ＤＣコンバータが前記複合バッテリユニットに付設され、
    前記ＤＣ－ＤＣコンバータに、前記ＤＣ－ＤＣコンバータと前記複合バッテリユニットとの間に介挿された熱伝導絶縁部材の中に設けられた冷却回路が付設された車両用バッテリユニット。
  2. 前記第１の仕様と前記第２の仕様とは同仕様である、請求項１に記載の車両用バッテリユニット。
  3. 前記支持体は、前記高圧バッテリと前記低圧バッテリとを当該積層の方向に連結して支持する、請求項１又は２に記載の車両用バッテリユニット。
  4. 前記複合バッテリユニットの状態を管理するバッテリ管理装置（ＢＭＳ）が前記複合バッテリユニットに付設された、請求項１から３の何れか一項に記載の車両用バッテリユニット。
  5. 前記支持体は、当該車両用バッテリユニットが車両に搭載された状態で、前記高圧バッテリの正極端子が負極端子よりも前記車両の車体から離隔して位置するように前記複合バッテリユニットを支持する、請求項１から４の何れか一項に記載の車両用バッテリユニット。
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