JP2015201363A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池スタックと機器とを接続するケーブルの組み付け性を向上させつつ、ケーブル同士の干渉を抑制した電池パックを提供する。
【解決手段】本発明の電池パックは、電池スタックと、電池スタックの電流経路上に設けられる電流遮断器と、電池スタック等の電圧を検出する電池監視ユニットとを有する。電流遮断器及び電池監視ユニットは、横並びに隣接して配置されており、電流遮断器は、電池スタックの電力ケーブルと接続される第１コネクタ部を備える。第１コネクタ部の接続面は、電流遮断器の下方に向かって面している。電池監視ユニットは、電池スタックの電圧検出ケーブルと接続する第２コネクタ部を備える。第２コネクタ部の接続面は、横並びに隣り合う電流遮断器に面している。そして、電流遮断器は、第１コネクタ部の接続面が、電池監視ユニットとは逆側の方向から延設される電力ケーブルの配設方向に向かうように、傾斜して設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両に搭載される電池パックに関する。

ハイブリッド車両や電気自動車には、走行用モータに電力を供給する電池パックが搭載される。電池パックは、複数の電池セルを積層した電池スタックを含んで構成され、電池スタックの電流経路を遮断するための電流遮断器（ヒューズやサービスプラグ）や、電池スタック又は各電池セルの電圧を検出する電池監視ユニットなどの機器が取り付けられる（例えば、特許文献１参照）。各機器には、電池スタックから延設される電力ケーブルや電圧検出ケーブルなどが接続される。

特開２００８−２４３７１０号公報 特開２００７−２３７７７９号公報

しかしながら、例えば、電流遮断器に接続される電力ケーブルの配線位置や電流遮断器と電力ケーブルとの接続方向によっては、電流遮断器に対して電力ケーブルを大きく曲げて配線しなければならないことがある。電池スタックの高電流を通電する電力ケーブルは、径が太いケーブルが用いられることが多く、ケーブルの径が太いほど曲げに対する反力が大きくなり、組み付け作業の容易性を低下させる要因となる。

また、電池パックの小型化や配線スペースの効率化を図るために、例えば、電池スタックの端部側面において電流遮断器と電池監視ユニットとを隣り合うように近接させて配置することができる。しかしながら、電流遮断器及び電池監視ユニットのそれぞれに接続される電力ケーブル及び電圧検出ケーブルが互いに干渉してしまうおそれがある。

そこで、本発明の目的は、電池スタックと機器とを接続するケーブルの組み付け性を向上させつつ、ケーブル同士の干渉を抑制した電池パックを提供することにある。

本発明である電池パックは、所定の方向に複数の電池セルが並んで配置された電池スタックと、電池スタックの電流経路上に設けられる電流遮断器と、電池スタック又は各電池セルの電圧を検出する電池監視ユニットと、を有する。電流遮断器及び電池監視ユニットは、所定の方向における電池スタックの端部において横並びに隣接して配置されている。

電流遮断器は、電池スタックから延びる電力ケーブルと接続される第１コネクタ部を備え、第１コネクタ部の接続面が、横並びに隣り合う方向と直交する上下方向において電流遮断器の下方に向かって面しており、電池監視ユニットは、電池スタックから延びる電圧検出ケーブルと接続する第２コネクタ部を備え、第２コネクタ部の接続面が、横並びに隣り合う方向において電流遮断器に面している。そして、電流遮断器は、第１コネクタ部の接続面が、横並びに隣り合う方向において電池監視ユニットとは逆側の方向から延設される電力ケーブルの配設方向に向かうように、傾斜して設けられている。

本発明によれば、電流遮断器の第１コネクタ部の接続面が、電池監視ユニットと横並びに隣り合う方向において電池監視ユニットとは逆側の方向から延設される電力ケーブルの配設方向に向かうように、傾斜して設けられているので、電流遮断器の下方から上方に向かって第１コネクタ部に接続される電力ケーブルの曲げ量を低減することができる。

また、電流遮断器が、電池監視ユニットとは逆側の方向から延設される電力ケーブルの配設方向に向かうように傾斜して設けられているので、第１コネクタ部に接続される電力ケーブルが、電池監視ユニットの第２コネクタ部の接続面から離れるように配置される。このため、第２コネクタ部に接続される電圧検出ケーブルと電力ケーブルとを離間して配設することができ、電流遮断器と電池監視ユニットとが横並びに隣接して配置されても、電力ケーブルと電圧検出ケーブルとの干渉を抑制することができる。

電池パックの構成を示す図である。 電池パックの側面に隣り合って配置される電流遮断器及び電池監視ユニットの配置例及び各機器に接続されるケーブルの接続例を示す図である。 浸水ラインに対する電流遮断器の位置関係を説明するための図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１である電池パックについて、図１から図３を用いて説明する。

電池パック１は、例えば、車両に搭載することができ、車両を走行させるための動力源として用いることができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両の動力源として、電池パック１の他に、内燃機関や燃料電池といった他の動力源を備えた車両である。電気自動車は、車両の動力源として、電池パック１だけを備えた車両である。

電池パック１は、直列に接続された２つの電池スタック１０Ａ，１０Ｂを有する。電池スタック１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、電気的に直列に接続された複数の単電池１１で構成された組電池である。単電池１１としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。

電池スタック１０Ａ，１０Ｂを構成する各単電池１１の数は、電池パック１の要求出力などを考慮して、適宜設定することができる。本実施例では、すべての単電池１１が電気的に直列に接続されているが、電池スタック１０Ａ，１０Ｂには、電気的に並列に接続された複数の単電池１１が含まれていてもよい。

電池スタック１０Ａ，１０Ｂを構成する各単電池１１は、車両左右方向（ＲＨ方向）に並んで配置され、隣り合う単電池１１間の正極端子１２と負極端子１３とがバスバー１４によって接続されている。電池スタック１０Ａと電池スタック１０Ｂは、車両前後方向（ＦＲ方向）に並んで配置されている。ＦＲ方向とＲＨ方向とは、互いに直交する方向である。

電池パック１の正極端子は、図１に示す電池パック１の回路構成において、電池スタック１０Ａの正極端子（電池スタック１０ＡのＲＨ方向一端に位置する単電池１１の正極端子１２）に相当する。電池パック１の負極端子は、電池スタック１０Ｂの負極端子（図１に示す電池パック１の回路構成において、電池スタック１０ＢのＲＨ方向一端に位置する単電池１１の負極端子１３）に相当する。

電池パック１の正極端子と負荷とは、正極ラインＰＬで接続されている。電池パック１の負極端子と負荷とは、負極ラインＮＬで接続されている。負荷としては、例えば、モータ・ジェネレータ（走行用モータ）を用いることができる。モータ・ジェネレータは、電池パック１からの電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを生成する。また、車両が減速したり、停止したりするとき、モータ・ジェネレータは、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータが生成した電気エネルギは、回生電力として、電池パック１に蓄えることができる。

電池スタック１０Ａの負極端子と電池スタック１０Ｂの正極端子は、連結ケーブルＬ１，Ｌ２で接続されている。なお、電池スタック１０Ａの負極端子は、電池スタック１０ＡのＲＨ方向他端に位置する単電池１１の負極端子１３に相当し、電池スタック１０Ｂの正極端子は、電池スタック１０ＢのＲＨ方向他端に位置する単電池１１の正極端子１２に相当する。

連結ケーブルＬ１，Ｌ２は、電池パック１の正極ラインＰＬや負極ラインＮＬと同様に、直列に接続された電池スタック１０Ａ，１０Ｂの高電流を通電させるための電力ケーブルである。連結ケーブルＬ１，Ｌ２の電流経路上には、電流遮断器２０が設けられ、電池スタック１０Ａの負極端子に接続される連結ケーブルＬ１と、電池スタック１０Ｂの正極端子に接続される連結ケーブルＬ２とは、電流遮断器２０を介して接続されている。

電流遮断器２０は、電池スタック１０Ａ，１０Ｂ間の電流経路を遮断するために用いられる電流通電機器であり、サービスプラグやヒューズで構成することができる。本実施例では、電流遮断器２０としてサービスプラグを一例に説明する。

サービスプラグは、例えば、プラグ本体２１と、プラグ本体２１に差し込まれるグリップ２２とで構成することができ、グリップ２２が連結ケーブルＬ１，Ｌ２の電流経路に対して着脱可能に設けられる。グリップ２２がプラグ本体２１に差し込まれている状態では、サービスプラグを介して電流が流れることが可能な状態（遮断されていない状態）であり、グリップ２２がプラグ本体２１から抜かれた（取り外した）状態では、連結ケーブルＬ１，Ｌ２の電流経路が物理的に切断された状態（遮断された状態）となる。

プラグ本体２１は、連結ケーブルＬ１と接続されるコネクタ部Ｃ１が設けられている。連結ケーブルＬ１の端部に設けられるアダプタをコネクタ部Ｃ１に接続することにより、連結ケーブルＬ１をサービスプラグに接続することができる。また、プラグ本体２１は、連結ケーブルＬ２と接続されるコネクタ部Ｃ２が設けられている。連結ケーブルＬ２の端部に設けられるアダプタをコネクタ部Ｃ２に接続することにより、連結ケーブルＬ２をサービスプラグに接続することができる。

サービスプラグ（電流遮断器２０）は、電池スタック１０Ａ，１０Ｂの組付け作業や交換作業の際に、プラグ本体２１からグリップ２２を取り外すことで電流経路を遮断し、直列に接続された電池スタック１０Ａ，１０Ｂの総電圧を分散させ、電池パック１全体の高電圧への接触を回避するために用いられる。電池スタック１０Ａ，１０Ｂの組付け作業後や交換作業後は、グリップ２２をプラグ本体２１に差し込むことで電池スタック１０Ａ，１０Ｂ間の電気的な接続が許容されるようになる。

電池監視ユニット３０は、各電池スタック１０Ａ，１０Ｂそれぞれの電圧又は電池スタック１０Ａ，１０Ｂを構成する各単電池１１の電圧を検出する。検出結果は、電池パック１の充放電を制御するコントローラに出力される。コントローラは、電圧検出値、電流センサや温度センサ等の他のセンサ機器による検出値に基づいて電池パック１（電池スタック１０Ａ，１０Ｂ）の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出したり、電池パック１の入出力電力を把握することができ、車両出力要求に応じた充放電制御を行うことができる。

電圧検出線Ｌｖは、各バスバー１４に接続される。電圧検出線Ｌｖ間の電圧を検出することで、単電池１１の電圧を検出することができる。電圧検出線Ｌｖを適宜選択した電圧検出により、２つ以上の単電池１１群単位で、電圧を検出することもできる。

各バスバー１４に接続される複数の電圧検出線Ｌｖは、電圧検出線ユニット３１で集約される。電圧検出線ユニット３１は、複数の電圧検出線を束ねて１つの電圧検出ケーブルに集約するユニットである。電圧検出線ユニット３１は、ＲＨ方向に並ぶ単電池１１の正極端子１２及び負極端子１３に対応した各バスバー１４に対し、電池スタック１０ＡのＦＲ方向両側に２つ設けることができる。電池スタック１０Ｂについても同様である。

電池スタック１０Ａに対応する各電圧検出線ユニット３１，３１からは、電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４が延設されている。電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４は、電池監視ユニット３０と接続される。電池監視ユニット３０は、電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４と接続されるコネクタ部Ｃ３を備えている。図１の例において、電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４は、コネクタ部Ｃ３に対応する１つのアダプタに接続され、コネクタ部Ｃ３に２つの電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４が接続されている。

同様に、電池スタック１０Ｂに対応する各電圧検出線ユニット３１，３１からも、電圧検出ケーブルＬ５，Ｌ６が延設されている。電圧検出ケーブルＬ５，Ｌ６は、電池監視ユニット３０と接続される。電池監視ユニット３０は、電圧検出ケーブルＬ５，Ｌ６と接続されるコネクタ部Ｃ４を備えている。図１の例において、電圧検出ケーブルＬ５，Ｌ６は、コネクタ部Ｃ４に対応する１つのアダプタに接続され、コネクタ部Ｃ４に２つの電圧検出ケーブルＬ５，Ｌ６が接続されている。

図２は、電流遮断器２０及び電池監視ユニット３０の配置例及び電流遮断器２０及び電池監視ユニット３０に接続されるケーブルの接続例を示す図である。

図２に示すように、電流遮断器２０及び電池監視ユニット３０は、ＲＨ方向の電池スタック１０Ａ，１０Ｂの端部において横並びに隣接して配置することができる。図１に示すように、ＲＨ方向の電池スタック１０Ａ，１０Ｂの端部には、エンドプレート１５が設けられる。電流遮断器２０及び電池監視ユニット３０は、このエンドプレート１５に対して外側から取り付けることができる。

エンドプレート１５は、ＲＨ方向に所定の厚さを有し、電流遮断器２０及び電池監視ユニット３０は、エンドプレート１５にねじ等の締結部材で固定することができる。なお、電池スタック１０Ａ，１０Ｂの両端に配置されるエンドプレート１５は、ＲＨ方向において電池スタック１０Ａ，１０Ｂを挟み込む部材である。拘束ロッド１５ａでエンドプレート１５間を接続することで、電池スタック１０Ａ，１０ＢをＲＨ方向において拘束することができる。

なお、本実施例のエンドプレート１５は、２つの電池スタック１０Ａ，１０Ｂに対して共通する一枚のプレート部材で構成されているが、各電池スタック１０Ａ，１０Ｂにエンドプレート１５が個別に設けられる構成であってもよい。

図２の例において、電流遮断器２０及び電池監視ユニット３０は、ボックス型のケース体として構成することができる。上述のように電流遮断器２０は、電池スタック１０Ａ，１０Ｂから延びる連結ケーブルＬ１，Ｌ２と接続されるコネクタ部Ｃ１，Ｃ２（第１コネクタ部に相当する）を備えており、コネクタ部Ｃ１，Ｃ２は、電流遮断器２０のケース下端面に設けられている。

このように本実施例の電流遮断器２０は、コネクタ部Ｃ１，Ｃ２の接続面が、ＦＲ方向に直交する上下方向（ＵＰ方向）において電流遮断器２０の下方に向かって面している。これは、結露等によってコネクタ部Ｃ１，Ｃ２付近に水が溜まることによるコネクタ部Ｃ１，Ｃ２間での短絡を防止するために、コネクタ部Ｃ１，Ｃ２に対する連結ケーブルＬ１，Ｌ２の取付方向が、電流遮断器２０の下端側から上端に向かう方向となるように構成されている。図２に示すように、連結ケーブルＬ１，Ｌ２は、電流遮断器２０の下方から上方に向かってコネクタ部Ｃ１，Ｃ２に接続される。

また、連結ケーブルＬ１，Ｌ２は、電流遮断器２０と電池監視ユニット３０とが横並びに隣り合うＦＲ方向において電池監視ユニット３０とは逆側の方向から延設される。連結ケーブルＬ１，Ｌ２は、電池監視ユニット３０とは逆側の電池パック１のＲＨ方向側面側からエンドプレート１５を迂回して、エンドプレート１５の外表面に設けられる電流遮断器２０まで延設されている。

一方、電池監視ユニット３０は、上述のように、電池スタック１０Ａ，１０Ｂから延びる電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６と接続するコネクタ部Ｃ３，Ｃ４を備えている。このとき、コネクタ部Ｃ３（第２コネクタ部に相当する）の接続面が、電池監視ユニット３０のケース側面であって、横並びに隣り合うＦＲ方向において電流遮断器２０側に面している。コネクタ部Ｃ４の接続面は、横並びに隣り合うＦＲ方向において電流遮断器２０とは逆側のケース側面に設けられている。

コネクタ部Ｃ３に接続される電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４は、連結ケーブルＬ１，Ｌ２と同様に、電池監視ユニット３０とは逆側の電池パック１のＲＨ方向側面側からエンドプレート１５を迂回して、エンドプレート１５の外表面に設けられる電池監視ユニット３０のコネクタ部Ｃ３まで延設されている。一方、コネクタ部Ｃ４に接続される電圧検出ケーブルＬ５，Ｌ６は、電流遮断器２０とは逆側の電池パック１のＲＨ方向側面側からエンドプレート１５を迂回して、エンドプレート１５の外表面に設けられる電池監視ユニット３０のコネクタ部Ｃ４まで延設されている。

そして、本実施例では、図２に示すように、電流遮断器２０のコネクタ部Ｃ１，Ｃ２の接続面が、ＦＲ方向において電池監視ユニット３０とは逆側の方向から延設される連結ケーブルＬ１，Ｌ２の配設方向に向かうように、傾斜して設けられている。

例えば、図２に示すように、車両前方方向であるＦＲ方向において、前方側に電池監視ユニット３０、後方側に電流遮断器３０を横並びに設けつつ、電流遮断器２０の下端側を電池監視ユニット３０から離れる方向に傾けて、当該電流遮断器２０を配置することができる。このように構成することで、電流遮断器２０のコネクタ部Ｃ１，Ｃ２の接続面が、ＦＲ方向において電池監視ユニット３０とは逆側の方向から延設される連結ケーブルＬ１，Ｌ２の配設方向に向かうように、傾斜して設けることができる。

電流遮断器２０のコネクタ部Ｃ１，Ｃ２の接続面が、連結ケーブルＬ１，Ｌ２の配設方向に向かうように傾斜しているので、図２に示すように、電流遮断器２０の下方から上方に向かってコネクタ部Ｃ１，Ｃ２に接続される連結ケーブルＬ１，Ｌ２の曲げ量を低減（曲げ角度を小さく）することができる。

電池スタック１０Ａ，１０Ｂの高電流を通電する連結ケーブルＬ１，Ｌ２は、径が太いケーブルが用いられるが、電流遮断器２０の下端面に設けられるコネクタ部Ｃ１，Ｃ２が、連結ケーブルＬ１，Ｌ２の配設方向に面するように配置されるので、電池監視ユニット３０とは逆側の電池パック１のＲＨ方向側面側からエンドプレート１５を迂回して延設される連結ケーブルＬ１，Ｌ２を、電流遮断器２０に対して略垂直に曲げて配置する必要がなく、曲げに対する反力を抑制することができる。このため、電流遮断器２０に対する連結ケーブルＬ１，Ｌ２の組み付け作業の容易性を向上させることができる。

また、このように電流遮断器２０を斜めに配置することで、電池監視ユニット３０のケース側面において電流遮断器２０に面して設けられるコネクタ部Ｃ３に対し、電流遮断器２０のコネクタ部Ｃ１に接続される連結ケーブルＬ１が離間するように構成することができる。

このように構成することで、コネクタ部Ｃ３に接続される電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４と連結ケーブルＬ１とを離間して配設することができ、ケーブル間の距離を確保することができる。したがって、電流遮断器２０と電池監視ユニット３０とをＦＲ方向に横並びに隣接して配置しても、連結ケーブル（電力ケーブル）Ｌ１と電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４との干渉を抑制することができる。

図３は、電池パック１の浸水ラインＷＬに対する電流遮断器２０の位置関係を説明するための図である。上述のように、電流遮断器２０は、その下端面が連結ケーブルＬ１，Ｌ２の配設方向を向くように、傾斜して設けられるが、この傾斜角度及び電流遮断器２０の取付位置は、例えば、車両に搭載される電池パック１の浸水ラインＷＬに基づいて設定することができる。

図３に示すように、例えば、電池パック１は車両の座席シート下に搭載することができる。そして、車両のフロアパネルＰに固定される電池パック１は、車両の傾きに伴って傾斜する。例えば、上り坂等の斜面において、電池パック１は、車両前方が高く車両後方が低くなるように傾く。

このとき、車両が傾いた状態で電池パック１周辺に水が入ると、図３に示すようにフロアパネルＰの角部に水溜まりが発生する。このような水溜まりが生じると、電池パック１の電流遮断器２０が水没してしまい、漏電する可能性がある。そこで、図２及び図３に示すように、車両の傾きに対して電池パック１の高電流・高電圧箇所の浸水ラインＷＬを規定することができる。浸水ラインＷＬは、電池パック１が搭載される車両の構造等によって適宜決めることができる。

したがって、浸水ラインＷＬよりもＵＰ方向上方に電流遮断器２０を設けることで、車両が傾いた状態で電池パック１周辺に水入りがあった場合でも、電流遮断器２０が水没することなく、電池パック１の漏電を回避することができる。

特に、電流遮断器２０は、コネクタ部Ｃ１，Ｃ２が設けられる下端面を、ＦＲ方向の車両後方に向かって高くなる浸水ラインＷＬに沿って傾斜させるように配置することができる。このように構成することで、コネクタ部Ｃ１，Ｃ２（接続面）が浸水ラインＷＬよりもＵＰ方向上方に位置するので、電流遮断器２０を介した電池パック１の漏電を回避することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、電池監視ユニット３０のコネクタ部Ｃ３に接続される電圧検出ケーブルＬ３，Ｌ４は、対応する電圧検出線ユニット３１，３１からコネクタ部Ｃ３までの領域において、１つのワイヤーハーネスとして構成することができる。電圧検出ケーブルＬ５，Ｌ６についても同様である。

また、上記説明では、複数の電池スタック１０Ａ，１０Ｂで構成される電池パック１を一例に説明したが、これに限るものではない。例えば、電池パック１を１つの電池スタックで構成してもよい。この場合、単電池１１間の電流経路上に電流遮断器２０が設けられるように構成することができ、直列に接続される単電池１１間の一方の電極端子から連結ラインＬ１を延設し、他方の電極端子から連結ラインＬ２を延設する。そして、各連結ラインＬ１，Ｌ２を電流遮断器２０のコネクタ部Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ接続する。また、電池スタックのＦＲ方向両側に配置される各電圧検出線ユニット３１，３１から延びる２つの電圧検出ケーブルが、電池監視ユニット３０のコネクタ部Ｃ３，Ｃ４に接続されることになる。

１：電池パック
１０Ａ，１０Ｂ：電池スタック
１１：単電池
１２：正極端子
１３：負極端子
１４：バスバー
１５：エンドプレート
２０：電流遮断器
２１：プラグ本体
２２：グリップ
３０：電池監視ユニット
３１：電圧検出線ユニット
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４：コネクタ部
Ｌ１，Ｌ２：連結ケーブル
Ｌｖ：電圧検出線
Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５、Ｌ６：電圧検出ケーブル
ＰＬ：正極ライン
ＮＬ：負極ライン

Claims (1)

1. 所定の方向に複数の電池セルが並んで配置された電池スタックと、
   前記電池スタックの電流経路上に設けられる電流遮断器と、
   前記電池スタック又は前記各電池セルの電圧を検出する電池監視ユニットと、を有し、
   前記電流遮断器及び前記電池監視ユニットは、前記所定の方向における前記電池スタックの端部において横並びに隣接して配置されており、
   前記電流遮断器は、前記電池スタックから延びる電力ケーブルと接続される第１コネクタ部を備え、前記第１コネクタ部の接続面が、前記横並びに隣り合う方向と直交する上下方向において前記電流遮断器の下方に向かって面しており、
   前記電池監視ユニットは、前記電池スタックから延びる電圧検出ケーブルと接続する第２コネクタ部を備え、前記第２コネクタ部の接続面が、前記横並びに隣り合う方向において前記電流遮断器に面しており、
   前記電流遮断器は、前記第１コネクタ部の接続面が、前記横並びに隣り合う方向において前記電池監視ユニットとは逆側の方向から延設される前記電力ケーブルの配設方向に向かうように、傾斜して設けられていることを特徴とする電池パック。