(57)【要約】  複数の電池を接続する多層構造のバスバーは、前記複数の電池を直列に接続するために設けられた複数の導体板を含む電池接続層を備える。また、前記多層構造のバスバーは、複数の測定線が形成された基板を含むフレキシブル回路層も備える。前記測定線は、前記複数の電池のうちの少なくとも二つについての正及び負の接続位置に接続するように設けられる。【選択図】  図３
2014525649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池を接続する多層構造のバスバーであって、当該バスバーは、
前記複数の電池を直列に接続するために設けられた複数の導体板を含む電池接続層と、
複数の測定線が形成された基板を含むフレキシブル回路層と、を備え、
前記測定線は、前記複数の電池のうちの少なくとも二つについての正及び負の接続位置に接続するように設けられる、多層構造のバスバー。
【請求項２】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記電池接続層、前記フレキシブル回路層、及び前記絶縁層の少なくとも一部を覆う複数の外層をさらに備える、多層構造のバスバー。
【請求項３】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
外部機器の前記測定線への接続をもたらすコネクタをさらに備える、多層構造のバスバー。
【請求項４】
請求項３に記載の多層構造のバスバーであって、前記コネクタは前記基板に繋がれる、多層構造のバスバー。
【請求項５】
請求項３に記載の多層構造のバスバーであって、前記コネクタは前記複数の導体板に電気的に接続される、多層構造のバスバー。
【請求項６】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記電池接続層、前記フレキシブル回路層、及び前記絶縁層には、前記電池の端子が挿通できるように設けられた孔が含まれる、多層構造のバスバー。
【請求項７】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記導体板は、前記多層構造のバスバーが曲げられるように配置される、多層構造のバスバー。
【請求項８】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記導体板には、前記電池の端子が挿通できるように形成された孔が含まれる、多層構造のバスバー。
【請求項９】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記導体板は、銅、アルミニウム、又は銅及びアルミニウムの組み合わせを含む、多層構造のバスバー。
【請求項１０】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記導体板には、銅、アルミニウム、又は銅及びアルミニウムの組み合わせを含む薄膜が形成される、多層構造のバスバー。
【請求項１１】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、前記測定線には銅が含まれる、多層構造のバスバー。
【請求項１２】
請求項１１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記測定線には、スズ、銀、ニッケル、金、又はニッケル及び金の組み合わせを含むめっきが施されている、多層構造のバスバー。
【請求項１３】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、前記複数の電池と組み合わせた、多層構造のバスバー。
【請求項１４】
請求項１に記載の多層構造のバスバーであって、
前記導体板と前記フレキシブル回路層との間に、絶縁層がさらに備えられる、多層構造のバスバー。
【請求項１５】
車両の電池システムであって、当該システムは、
複数の電池と、
当該複数の電池を接続する多層構造のバスバーと、を備え、
当該バスバーは、
前記複数の電池を直列に接続するために設けられた複数の導体板を含む電池接続層と、
複数の測定線が形成された基板を含むフレキシブル回路層であって、前記測定線は、前記複数の電池のうちの少なくとも二つについての正及び負の接続位置に接続するように設けられる、フレキシブル回路層と、
前記導体板と前記フレキシブル回路層との間に設けられた絶縁層と、を備える、車両の電池システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の電池システムであって、
前記電池を含む電池コンパートメントがさらに備えられる、電池システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電池システムであって、前記電池コンパートメントは前記車両内に配置される、電池システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の電池システムであって、
前記多層構造のバスバーは、
前記電池接続層、前記フレキシブル回路層、及び前記絶縁層の少なくとも一部を覆う複数の外層をさらに備える、電池システム。
【請求項１９】
請求項１５に記載の電池システムであって、
前記多層構造のバスバーは、
外部機器の前記測定線への接続をもたらすコネクタをさらに含む、電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される主題は電池システムに関し、より特定的には、接続された電池群の各電池の充電の状態をモニタリングすることのできる電池システムに関する。そしてより具体的には、電気自動車又はハイブリッド電気自動車の電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、内燃エンジン（ＩＣＥ）と電動機との両方を搭載する自動車である。このような自動車は、場合によっては、ＩＣＥのみを搭載する自動車よりも燃費がよいのである。電気自動車は、単一の又は複数の電動機を搭載している。
【０００３】
どちらのタイプの自動車においても、電動機には電池ユニットからの電力が供給される。電池ユニットは、典型的には、二つ又はそれ以上の直列に接続された電池を含む。電気自動車の場合、電池の数は数百個ともなり得る。運転中に、各電池を個別にモニタリングできることが好ましい。例えば、充電操作を行っている時に各電池をモニタリングすることで、安全性の向上を図ることができる。さらに、電池の充電の状態を知ることができたら、その知識を車両の走行可能距離又は電池自体の寿命を予想するのに用いることができる。
【０００４】
従来、電池は互いに直列となるように接続されて、電池ユニットが形成される。その後、各電池の端子にセンサーワイヤが接続される。当該センサーワイヤは、その後、電池の上に備え付けられたハーネスにより束ねられる。この手法は、効果的ではあるものの、時間がかかり、接続エラーを起こしがちであった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態によれば、複数の電池を接続する多層構造のバスバーが開示される。この実施形態のバスバーには、前記複数の電池を直列に接続するために設けられた複数の導体板を含む電池接続層と、複数の測定線が形成された基板を含むフレキシブル回路層と、が備えられる。前記測定線は、前記複数の電池のうちの少なくとも二つについての正及び負の接続位置に接続するように設けられる。
【０００６】
本発明の他の一つの実施形態によれば、車両の電池システムが開示される。当該電池システムは、複数の電池と、当該複数の電池を接続する多層構造のバスバーと、を備える。当該バスバーは、前記複数の電池を直列に接続するために設けられた複数の導体板を含む電池接続層と、複数の測定線が形成された基板を含むフレキシブル回路層と、を備える。前記測定線は、前記複数の電池のうちの少なくとも二つについての正及び負の接続位置に接続するように設けられる。また、前記バスバーは、前記導体板と前記フレキシブル回路層との間に設けられる絶縁層も備える。
【０００７】
図面と併せて以下の説明を参照することにより、これらの及びその他の利点及び特徴がより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明と捉えられる主題は、とりわけ明細書の結論部分において、特許請求の範囲の中で指摘され、明瞭に権利として請求される。添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより、本発明の前述の及びその他の特徴及び利点が明らかとされる。
【０００９】
【図１】直列に接続された複数の電池を含む電池コンパートメントの平面図である。
【００１０】
【図２】一つの実施形態に係るフレキシブル回路を示す結線図である。
【００１１】
【図３】本発明の一つの実施形態に係る多層構造のバスバーの分解図である。
【００１２】
詳細な説明においては、図面を参照しながら、本発明の実施形態をその利点及び特徴とともに例として説明する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照すると、電池システム１０１を包含する電池筐体１００が描かれている。電池筐体１００及び電池システム１０１は、例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）又は電気自動車の中に配置されるものとすることができる。その他の例としては、電池筐体１００及び／又は電池システム１０１は、例えば風力タービンのような、電池を搭載するあらゆるタイプの装置の中に設けられるものとすることができる。電池システム１０１には、直列に接続された複数の電池１０２ａ〜１０２ｄが含まれる。ここで、前記電池を集合的に電池１０２と称することがあるものとする。図示したように、電池システム１０１には４つの電池１０２ａ〜１０２ｄが含まれる。もちろん、システム１０１内の電池１０２の数は１よりも大きいあらゆる数とすることができる。図示したように、全ての電池１０２が単一の電池筐体１００の中に包含される。場合によっては、追加の電池１０２が異なる筐体（不図示）の中に配置されるものとすることができる。
【００１４】
構成の如何に関わらず、電池システム１０１は出力電圧Ｖｏｕｔをもたらすことができる。例えば、ＨＥＶ内の電動機においてＶｏｕｔをもたらすこともできる。図示された各電池１０２ａ〜１０２ｄは、一対の正極端子１０４と一対の負極端子１０６とを含む。具体的には、電池１０２ａには一対の正極端子１０４ａと一対の負極端子１０６ａとが含まれ、電池１０２ｂには一対の正極端子１０４ｂと一対の負極端子１０６ｂが含まれ、電池１０２ｃには一対の正極端子１０４ｃと一対の負極端子１０６ｃが含まれ、そして電池１０２ｄには一対の正極端子１０４ｄと一対の負極端子１０６ｄが含まれる。各電池１０２は、一対の正極端子かそれとも負極端子を具備していなくてもよいものと理解されるべきである。すなわち、各電池は、少なくとも一つの正極接続点と一つの負極接続点とを具備するものであればよく、その端子の数はあらゆる数とすることができる。図示したように、各電池１０２の一対の正極端子１０４及び一対の負極端子１０６は、余分なフェイルセーフ接続端子として設けられる。
【００１５】
一般的に、当業者は、どのようにして電池１０２を直列に接続できるかを知っている。そのため、電池１０２の具体的な構成は、これに限定することを意図したものではなく、採用され得る多くの構成のうちの一つの具体例に過ぎない。図１に示した具体的な配置においては、各電池１０２は、少なくとも一つの隣接する電池１０２に対して反対方向を向くように配置されている。具体的には、負極端子１０６ａは正極端子１０４ｂと隣り合うように配置され、負極端子１０６ｂは正極端子１０４ｃと隣り合うように配置され、あとは同様となっている。
【００１６】
一つの実施形態においては、一つの電池の端子１０４・１０６は、一つ又はそれ以上の導体板１０８により、隣接する電池の端子１０４・１０６に接続される。図示されているように、電池１０２ａの負極端子１０６ａは導体板１０８ａ−ｂによって電池１０２ｂの正極端子１０４ｂに接続され、電池１０２ｂの負極端子１０６ｂは導体板１０８ｂ−ｃによって電池１０２ｃの正極端子１０４ｃに接続され、そして電池１０２ｃの負極端子１０６ｃは導体板１０８ｃ−ｄによって電池１０２ｄの正極端子１０４ｄに接続される。当業者によって理解されるように、このような接続の組み合わせにより、電池１０２ａ−１０２ｄが直列に接続されることとなり、電池１０２ａの正極端子１０４ａと電池１０６ｄの負極端子１０６ｄとの間に出力電圧Ｖｏｕｔがもたらされることとなる。Ｖｏｕｔと指定されているものの、電池１０２ａの正極端子１０４ａと電池１０６ｄの負極端子１０６ｄとにわたって電圧／電流を適用することにより、電池１０２を充電することができると理解されるべきである。
【００１７】
出力電圧Ｖｏｕｔは、分離した接続として示すことができるか、或いはピンコネクタやその他のタイプのコネクタ要素に含まれるものとすることができると、理解されるべきであろう。さらに、出力電圧Ｖｏｕｔは、その他の電気的接続を含むコネクタ要素に含まれるものとすることができる。
【００１８】
導体板１０８は、例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、亜鉛、鉄、遷移金属、及び前述の材料のうちの少なくとも一つを含む合金等の、異なるタイプの導体材料により作られているものとすることができる。一つの実施形態においては、導体板１０８は、スズめっき又はニッケルめっきによりめっきが施された金属により形成される。導体板１０８の厚さは、事情に応じて、あらゆる厚さ、形状、大きさ、又は質感とすることができる。電池１０２の端子１０４・１０６の数及び配置に対応して、導体板１０８には、あらゆる数の孔が形成されるものとすることができる。一つの実施形態においては、導体板１０８の間の接触点の高さを合わせるために、前記孔には段差部及び／又は軸受筒がその中に配置されるものとすることができる。以下においてさらに詳細に説明されるように、一つの実施形態においては、導体板１０８のうちのいくつか又は全部は、多層構造のバスバーの層のうちの一つに含まれるものとすることができ、或いは多層構造の層の間に封入されているものとすることができる。
【００１９】
上述したように、電力を供給することに加え、個々の電池の一つ又はそれ以上のパラメータを測定することが望ましい。そのため、従来技術においては、ワイヤが端子１０４・１０６に接続されて、各電池１０２の充電状態が測定できるようになっていた。これらのワイヤはその後束ねられ、そして電池コンパートメントにおいて場所を陣取っていた。
【００２０】
図２には、一つ又はそれ以上の電池の異なる端子に接続することができる測定線２０２・２０４・２０６・２０８が描かれている。明瞭とするために、図２においては電池１０２を図示していないが、当該電池は例えば図１に示されるように構成することができるものと理解されるべきである。図２においては、各導体板１０８ａ−ｂ・１０８ｂ−ｃ・１０８ｃ−ｄには孔２０１が含まれるが、これらの孔の大きさは、電池の端子が挿通できる大きさとされる。一つの実施形態においては、電池に対して導体板１０８の上方又は下方にずらして配置することのできるフレキシブル回路２００が備えられる。フレキシブル回路２００は、その表面に測定線２０２・２０４・２０６・２０８が形成される。フレキシブル回路には基板層２０３が含まれていてもよい。測定線２０２〜２０８は、基板層２０３の一側または両側に形成することができる。基板層２０３は、例えば、特定の液晶高分子（ＬＣＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のようなポリエステルと、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、及びエポキシのようなフッ素化ポリマー及び共重合体により形成することができる。これらのいずれの基板材料２０３においても、その表面に必要な数の測定線を形成することができ、当該測定線は接続端部を含むようにすることができる。当該接続端部は、電池の上に配置された時に、孔２０１が存在する箇所の上を覆うように配置することができる。一つの実施形態においては、測定線のもう一方の端部は、コネクタ２１０に接続されるものとすることができる。一つの実施形態においては、コネクタ２１０は基板２０３に形成され、または接続されるものとすることができる。もちろん、事情に応じて、コネクタ２１０を省くこともでき、或いは分離した要素として設けることもできる。
【００２１】
測定線２０２〜２０８は、装置（不図示）の接続機構をもたらす。当該装置を接続することにより、前記線が接続された電池の充電状態又はその他のパラメータをモニタリングすることができる。とりわけ、図１のように配置された電池がフレキシブル回路２００により覆われていると仮定すると、電池１０２ｂの電圧は測定線２０２・２０４の間で測定することができ、電池１０２ｃの電圧は測定線２０６・２０８の間で測定することができる。フレキシブル回路は、例えばセンサやその他の出力のような、電池の他の部分に接続されるように構成された他の測定線を含むものとすることができると理解されるべきであろう。さらに、図２に示すように、電池が余剰の端子を含む限りにおいては、一つ又はそれ以上の測定線２０２〜２０８には、余剰の端子に接続される余剰の経路２０２´〜２０８´が含まれるものとすることができる。
【００２２】
従来技術とは異なり、測定線２０２〜２０８が基板上に形成されるため、全ての線が薄い層の中に包含されることとなり、別個に束ねる必要がなくなり、オペレータによる接続エラーが低減され除外される。電池コンパートメントの中において電池を如何に配置するかに関する知識に基づいて、測定線２０２〜２０８の具体的な構成を決定することができる。このように、測定線はあらゆる構成で配置することができるのであり、図２に示した構成は例示に過ぎないと理解されるべきであろう。
【００２３】
一つの実施形態においては、測定線２０２〜２０８のいずれもが導体板１０８と物理的に接触しない状態となるように、フレキシブル回路２００が導体板から物理的に分離されていると理解されるべきであろう。導体板２０２〜２０８は如何なる厚さであってもよいが、一般的には、１２、１８、３５又は７０ミクロンの厚さであり、銅のような導体金属により作られている。一つの実施形態においては、銅には、スズ、金、又はそれらの組み合わせ又はＮｉ−Ａｕのような前述した金属の合金によるめっきが施されている。図示はしていないが、フレキシブル回路２００には外被膜又はその他の絶縁体の層が含まれていてもよく、その層はその一側又は両側のいくつか又は全てに配置されるものと理解されるであろう。
【００２４】
図３には、一つの実施形態に係る多層構造のバスバー３００の分解図が示されている。当該多層構造のバスバー３００は、複数のアクセスホール３１２を含むように配置され、構成される。当該複数のアクセスホール３１２は、電池１０２の端子１０４・１０６を挿通することができるように配置される。このような回路により、多層構造のバスバー３００の電気素子と端子１０４・１０６との電気的な接触を形成することができる。このような接触により、例えば、電池１０２を直列に接続することができ、そして各電池１０２の電圧をモニタリングすることができる。一つの実施形態においては、多層構造のバスバー３００の全ての層３０２〜３０８がサンドイッチ状にされ、フレキシブルユニットが形成される。しかしながら、電池１０２が図３に示すような端子１０４・１０６を含まない場合も考えられると理解される。このような場合、電気素子（例えば、ワイヤ３１６及び／又は連結板１０８）と電池１０２の電気的接続位置との電気的な接続を促すために、圧縮ポリマーのような他の手段が多層構造のバスバーの中に含まれるものとすることができる。
【００２５】
図示された多層構造のバスバー３００には、他の層を密封し覆う役割をする外層３０２・３１０が含まれる。外層３０２・３１０は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）の薄膜をベースとする粘着材で被膜した絶縁体で形成されるものとすることができる。しかしながら、外層３０２・３１０の一つ又は両方を省くことができるものと理解されるべきであろう。
【００２６】
電池接続層３０４は、外層３０２に隣接し、そして一つ又はそれ以上の導体板１０８を含む。当該接続層３０４は、導体板１０８を保持する物理的要素として図示されているが、前記接続層３０４は単に導体板１０８のみを含むものと理解されるべきであろう。さらに、外層３０２・３１０の一つ又は両方は、導体板１０８を受け止めるために配置される空洞又は切欠きを含むように構成することができると理解されるべきであろう。導体板１０８は、導体板１０８・１０８の間に曲げ領域３１４が存するように、配置することができる。当該曲げ領域３１４は、多層構造のバスバー３００が曲げられるようにするためのものである。
【００２７】
フレキシブル回路層３０８には、測定線３１６が形成されたフレキシブル回路を含む。フレキシブル回路層３０８は、例えば、図２のフレキシブル回路に対して、上述のように形成することができる。前記層３０４〜３０８の相対的な順序は、図３に示したものと異なる順序とすることもできる。例えば、電池接続層３０４をフレキシブル回路層３０８の下に配置することもできる。構成の如何に関わらず、絶縁層３０６は、電池接続層３０４とフレキシブル回路層３０８との間に配置される。このように配置したのは、導体板１０８が、どの測定線３１６をも互いに短絡させることのないようにするためである。
【００２８】
一つの実施形態においては、電池接続層３０４とフレキシブル回路層３０８とは互いに接合されていない。むしろ、これらの層は、例えば、当該層を電池の端子に接続する留め具により、それぞれ電池の上に並べられて、共に保持される。
【００２９】
本発明について、限定的な数の実施形態と関連付けて詳細に説明したが、本発明がこのような開示した実施形態に限定されるべきものではないことは容易に理解されるであろう。むしろ、本発明は、これまでに記載していないあらゆる数のバリエーション、変更、置換、又は均等物であり本発明の精神及び範囲にふさわしいものを組み込むように、変更することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明したが、説明した実施形態のうちのいくつかのみを含む発明の態様とすることもできると理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明により限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲のみによって限定されるのである。
【図１】
2014525649.tif 000003
【図２】
2014525649.tif 000004
【図３】
2014525649.tif 000005
【国際調査報告】
2014525649.tif 000006
2014525649.tif 000007