(57)【要約】  バッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュール  それぞれ複数のバッテリーセルまたは単位モジュールが中で互いに直列に接続されている複数の長方形バッテリーモジュールが、幅方向(縦方向)及び高さ方向(横方向)に、少なくとも2個により、積み重ねられており、該長方形バッテリーモジュールが全体的に六面体構造(六面体積重構造)を構成し、該六面体積重構造の外側縁部がフレーム部材により固定され、該長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が、該長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が該六面体積重構造の一表面(a)を向くように配置される構造に構築されている、バッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュールであって、該電力切換モジュールが、該六面体積重構造の該表面(a)に連結様式で取り付けられた絶縁性基材、該絶縁性基材上に取り付けられた、該長方形バッテリーモジュールの充電及び放電の際に電圧及び電流を制御するための素子、及び該絶縁性基材上に取り付けられた、該制御素子同士を相互接続するための接続部材を備えてなる、電力切換モジュールを開示する。
2010511278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュールであって、
それぞれ複数のバッテリーセルまたは単位モジュールが中で互いに直列に接続されている複数の長方形バッテリーモジュールが、幅方向(縦方向)及び高さ方向(横方向)に、少なくとも2個により、積み重ねられており、前記長方形バッテリーモジュールが全体的に六面体構造(六面体積重構造)を構成し、前記六面体積重構造の外側縁部がフレーム部材により固定され、前記長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が前記六面体積重構造の一表面(a)を向くように、前記長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が配置されてなる、構造に構築されてなり、
前記電力切換モジュールが、
前記六面体積重構造の前記表面(a)に連結様式で取り付けられた絶縁性基材と、
前記長方形バッテリーモジュールの充電及び放電の際に電圧及び電流を制御するための、前記絶縁性基材上に取り付けられた素子(制御素子)と、及び
前記絶縁性基材上に取り付けられた、前記制御素子同士を相互接続するための接続部材を備えてなる、電力切換モジュール。
【請求項２】
前記制御素子が、過電流及び過電圧を可逆的様式で自動的に中断するための主継電器と、
初期放電工程の際に前記主継電器に優先的に接続され、電圧及び電流を低下させる見掛け電荷継電器と、
前記見掛け電荷継電器に接続された、電流及び電圧を下げるための抵抗と、
電気を手動で中断するためのサービスプラグと、及び
カソードまたはアノード接続回路上で電流を検出するための電流センサーを包含する、請求項１に記載の電力切換モジュール。
【請求項３】
前記長方形バッテリーモジュールの前記六面体積重構造が、2個の長方形バッテリーモジュールが横方向で配置されて、前記長方形バッテリーモジュールが互いに対向するようになり、及び
一個以上の長方形バッテリーモジュールが、それぞれの長方形バッテリーモジュールに対して縦方向で配置されてなる、構造に構築されてなる、請求項１に記載の電力切換モジュール。
【請求項４】
それぞれの長方形バッテリーモジュールにおける前記バッテリーセルまたは前記単位モジュールが、前記六面体積重構造の対向する表面の対(b、c)に対して平行に配置され、及び
気密密封部材が、前記対向する表面(b、c)に取り付けられてなる、請求項３に記載の電力切換モジュール。
【請求項５】
前記バッテリーモジュールの前記入力及び出力端子が、前記バッテリーモジュールによって構成される前記六面体積重構造の前記表面(a)で前記絶縁性基材の予め決められた区域に突き出ている場合、
前記サービスプラグが、前記バッテリーモジュールの前記入力及び出力端子の対向側部に配置され、
前記主継電器が、前記基材の中央区域に配置され、
外部入力及び出力端子が、前記サービスプラグの片側に配置され、
前記抵抗が、前記サービスプラグに斜めに対向する側に配置され、
前記見掛け電荷継電器が、前記サービスプラグの側で、前記抵抗の上に配置され、
前記電流センサーが、前記主継電器と前記外部入力及び出力端子との間に配置されてなる、請求項２に記載の電力切換モジュール。
【請求項６】
前記接続部材が、板の形状に形成された母線である、請求項１に記載の電力切換モジュール。
【請求項７】
前記バッテリーモジュールのカソードまたはアノードが、前記サービスプラグ、前記主継電器、前記見掛け電荷継電器、前記電流センサー、及び前記外部入力及び出力端子をこれらの順序で有してなる接続回路を構築し、
前記バッテリーモジュールの前記アノードまたは前記カソードが、前記サービスプラグ及び前記外部入力及び出力端子の順序を有する接続回路を構築する、請求項１に記載の電力切換モジュール。
【請求項８】
前記バッテリーモジュールにより構成される前記六面体積重構造の前記表面(a)上に前記基材が取り付けられる場合、
前記サービスプラグ及び前記外部入力及び出力端子が一緒に配置され、前記サービスプラグ及び前記外部入力及び出力端子が前記基材の側に露出するようにされてなる、請求項５に記載の電力切換モジュール。
【請求項９】
前記フレーム部材が、前記六面体積重構造における12個の縁部を固定する全てのフレームが一体的に形成されてなるか、または前記六面体積重構造の一表面を構成する、前記六面体積重構造における少なくとも4個の縁部を固定するフレームが一体的に形成されてなる、構造に構築されてなる、請求項１に記載の電力切換モジュール。
【請求項１０】
前記フレーム部材が、互いに対向する表面の対(b、c)に位置する前記六面体積重構造の各4個の縁部を固定するためのフレームが一体的に形成され、残りの４個の個別フレームが、前記一体化されたフレームに連結される、構造に構築されてなる、請求項１に記載の電力切換モジュール。
【請求項１１】
連結部分が、前記絶縁性基材の対向する横側から突き出してなり、
前記絶縁性基材が、一体化された前部フレームと、一体化された後部フレームと、上側右フレームと、及び下側右フレームを包含する前記フレーム部材の開いた右側に取り付けられてなる、請求項１０に記載の電力切換モジュール。
【請求項１２】
バッテリー管理装置(BMS)をさらに備えてなる、請求項１に記載の電力切換モジュール。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電力切換モジュールを包含するバッテリーモジュールアセンブリー。
【請求項１４】
ハイブリッド電気自動車の電源として使用される、請求項１３に記載のバッテリーモジュールアセンブリー。
【請求項１５】
電源として請求項１３に記載のバッテリーモジュールアセンブリーを包含するハイブリッド電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュールに、より詳しくは、それぞれ複数のバッテリーセルまたは単位モジュールが中で互いに直列に接続されている複数の長方形バッテリーモジュールが、幅方向(縦方向)及び高さ方向(横方向)に、少なくとも2個により、積み重ねられており、該長方形バッテリーモジュールが全体的に六面体構造(六面体積重構造)を構成し、該六面体積重構造の外側縁部がフレーム部材により固定され、該長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が、該長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が該六面体積重構造の一表面(a)を向くように配置される構造に構築されている、バッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュールであって、該電力切換モジュールが、該六面体積重構造の該表面(a)に連結様式で取り付けられた絶縁性基材、該絶縁性基材上に取り付けられた、該長方形バッテリーモジュールの充電及び放電の際に電圧及び電流を制御するための素子、及び該絶縁性基材上に取り付けられた、該制御素子同士を相互接続するための接続部材を備えてなる、電力切換モジュールに関する。
【発明の背景】
【０００２】
最近、充電及び放電可能な二次バッテリーが、ワイヤレス携帯装置用のエネルギー供給源として広く使用されている。また、二次バッテリーは、化石燃料を使用する既存のガソリン及びディーゼル車により引き起こされる大気汚染のような問題を解決するために開発された電気自動車(EV)及びハイブリッド電気自動車(HEV)用の動力源としても非常に大きな関心を集めている。
【０００３】
小型の可動装置は、各装置に一個または数個のバッテリーセルを使用している。他方、中または大型装置、例えば車両、には、高出力及び大容量が必要なので、複数のバッテリーセルを互いに電気的に接続した、中または大型バッテリーモジュールを使用する。
【０００４】
中または大型バッテリーパックは、可能であれば、小型で軽量に製造するのが好ましい。この理由から、高集積度に積み重ねることができ、重量対容量比が小さいプリズム形バッテリーまたは小袋形バッテリーが、中または大型バッテリーパックのバッテリーセルとして通常使用される。特に、シース部材としてアルミニウムラミネートシートを使用する小袋形バッテリーに現在多くの関心が集まっているが、これは、小袋形バッテリーの重量が小さく、小袋形バッテリーの製造コストが低く、小袋形バッテリーの形状を容易に変えられるためである。
【０００５】
特定の機構または装置に必要な出力及び容量を与えるための中または大型バッテリーモジュールには、その中または大型バッテリーモジュールが、複数のバッテリーセルが互いに電気的に直列接続され、それらのバッテリーセルが外部の力に対して安定している構造に構築されていることが必要である。
【０００６】
従って、複数のバッテリーセルを使用して中または大型バッテリーモジュールを構築する場合、バッテリーセル同士の間を機械的に連結し、電気的に接続するための複数の部材が一般的に必要であり、その結果、機械的連結及び電気的接続部材を組み立てる工程が非常に複雑になる。さらに、機械的連結及び電気的接続部材を連結、溶接、またははんだ付けするための空間が必要になるので、システムの全体的なサイズが増加する。装置のサイズ増加は、中または大型バッテリーモジュールが中に取り付けられる機構または装置の空間的な制限のために、好ましくない。さらに、中または大型バッテリーモジュールは、その中または大型バッテリーモジュールを限られた内部空間、例えば車両、中に効果的に取り付けるためには、より小型の構造に構築する必要がある。
【０００７】
さらに、中または大型バッテリーモジュールの製造に使用する電力切換モジュールは、バッテリーモジュールの電気を外側に引き出すための複数の制御素子を包含する。その結果、電力切換モジュールの構造が非常に複雑になり、電力切換モジュールを組み立てるのが困難になる。
【０００８】
従って、バッテリーモジュールアセンブリーに使用するための、バッテリーモジュールアセンブリーの特定の構造に好適な最適配置構造を有し、構造的に安定した状態でバッテリーモジュールアセンブリーに電気的または機械的に連結できる電力切換モジュールが強く求められている。
【発明の概要】
【０００９】
従って、本発明は、上記の問題及び他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。
【００１０】
具体的には、本発明の目的は、バッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュールを提供することであるが、該電力切換モジュールは、最適な小型配置構造を有し、車両の限られた空間中に安定して取り付けられ、電力切換モジュールが占有する空間が最小であり、容易に組み立てられ、外部衝撃に対して高い構造的安定性を有する。
【００１１】
本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、それぞれ複数のバッテリーセルまたは単位モジュールが中で互いに直列に接続されている複数の長方形バッテリーモジュールが、幅方向(縦方向)及び高さ方向(横方向)に、少なくとも2個により、積み重ねられており、該長方形バッテリーモジュールが全体的に六面体構造(六面体積重構造)を構成し、該六面体積重構造の外側縁部がフレーム部材により固定され、該長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が、該長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が該六面体積重構造の一表面(a)を向くように配置される構造に構築されている、バッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュールであって、該電力切換モジュールが、該六面体積重構造の該表面(a)に連結様式で取り付けられた絶縁性基材、該絶縁性基材上に取り付けられた、該長方形バッテリーモジュールの充電及び放電の際に電圧及び電流を制御するための素子(制御素子)、及び該絶縁性基材上に取り付けられた、該制御素子同士を相互接続するための接続部材を備えてなる、電力切換モジュールを提供することにより、達成される。
【００１２】
例えば、バッテリーモジュールの充電及び放電中に過電流及び過電圧を阻止し、バッテリーモジュールが安定して作動するように電気を制御する制御素子、及び該制御素子同士を相互接続する接続部材は、中または大型バッテリーモジュールアセンブリーを構築するのに必要な電力切換モジュール(PSM)と呼ぶことができる。
【００１３】
本発明により、PCMは、バッテリーモジュールアセンブリーの、PSMが基材上に配置された状態でバッテリーモジュールの入力及び出力端子が位置する表面に取り付けられる。従って、電気的接続構造がさらに簡素化されるので、組立工程がさらに簡素化される。また、電気的接続装置の長さが短くなるので、内部抵抗の増加が阻止される。さらに、外部衝撃による接続装置における短絡が少なくなる。さらに、短絡が起こる可能性が高く、構造的に弱い入力及び出力端子が外部環境から保護される。
【００１４】
好ましくは、PSMは、PSMをバッテリーモジュールアセンブリーの予め決められた区域に適切に取り付けることができるように、PSMがバッテリーモジュールアセンブリーの片側とほぼ同等のサイズを有する構造に構築され、PSMを、バッテリーモジュールアセンブリーを構成する長方形バッテリーモジュールのそれぞれの入力及び出力端子に、連結様式で取り付け、PSMと、長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子との間の電気的接続を達成する。
【００１５】
PSMを構成する制御素子の種類は様々でよい。好ましい実施態様では、制御素子には、過電流及び過電圧を可逆的様式で自動的に中断するための主継電器、初期放電工程の際に主継電器に優先的に接続されて電圧及び電流を低下させ、高電圧の電気が、車両のモーター及び電気装置に急激に供給されるのを阻止するための見掛け電荷継電器、見掛け電荷継電器に接続された、電流及び電圧を下げるための抵抗、バッテリーモジュールの作動に順応させる、及びバッテリーモジュールを修理するのに必要な時に電気を手動で中断するための、カソード及びアノード回路の経路上に配置されたサービスプラグ、及びカソードまたはアノード接続回路上で電流を検出し、検出された電流をバッテリー管理装置(BMS)に伝達するための電流センサーが挙げられる。これらの制御素子は、バッテリーモジュールの充電及び放電に応じて発生した電気の電圧及び電流を適切に制御する。
【００１６】
バッテリーモジュールの六面体積重構造は、六面体積重構造を構成する長方形バッテリーモジュールの積重形状に応じて、様々な構造に構築することができる。好ましくは、長方形バッテリーモジュールの六面体積重構造は、2個の長方形バッテリーモジュールが横方向で、長方形バッテリーモジュールが互いに対向するように配置され、一個以上の長方形バッテリーモジュールが、それぞれの長方形バッテリーモジュールに対して縦方向で配置される構造に構築する。
【００１７】
上記の説明で、「対向する配置」とは、2個の長方形バッテリーモジュールの対応する区域が互いに向き合うことを意味する。例えば、各長方形バッテリーモジュールが、入力及び出力端子が各長方形バッテリーモジュールの片側に位置する構造に構築される場合、それらの長方形バッテリーモジュールは、長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が六面体積重構造の側部(a)を向くように配置される。この対向配置構造は、電気的接続構造をさらに簡素化するのに有利である。
【００１８】
好ましくは、それぞれの長方形バッテリーモジュールにおけるバッテリーセルまたは単位モジュールを、六面体積重構造の対向する表面の対(b、c)に対して平行に配置する。従って、この場合、長方形バッテリーモジュールは、六面体積重構造の対向する表面の対(b、c)に対して平行に配置される。それぞれの長方形バッテリーモジュール同士の間に限定される隙間を通して冷却剤が流れ、バッテリーセルの充電及び放電の際にバッテリーセルから発生する熱を効果的に除去する。
【００１９】
他方、長方形バッテリーモジュールを固定するフレーム部材は、六面体積重構造の外側縁部だけを固定する。従って、気密密封部材を対向する表面の対(b、c)に取り付け、冷却剤が予め決められた方向に限定的に流れるように冷却剤を案内し、同時に、外側と内側の長方形バッテリーモジュール同士の間の温度偏位を少なくするのが好ましい。
【００２０】
具体的には、六面体積重構造の対向する表面の対(b、c)にそれぞれ取り付けられる気密密封部材が六面体積重構造の対向側部表面を閉鎖し、それによって、冷却剤は、六面体積重構造の中だけを通って流れる。従って、気密密封部材が取り付けられていない場合、外側に向けて露出されている外側長方形バッテリーモジュールの比較的急速な冷却が阻止される。一般的に、バッテリーモジュールの急速冷却が好ましい。しかし、中または大型バッテリー装置で、一部のバッテリーモジュールの冷却速度が高い場合、バッテリーモジュール間に不均衡が生じ、このバッテリーモジュール間の不均衡が、最終的にバッテリーセルの劣化を促進することになる。従って、気密密封部材は、冷却剤(空気)のための通路を形成し、同時に、バッテリーモジュール間の一様性を高めるのに役立つ。
【００２１】
好ましくは、気密密封部材は、気密密封部材が屈曲し、バッテリーモジュールに対向する内側に冷却剤流路を形成する構造に構築される。また、気密密封部材は、絶縁性材料から製造し、上記のようにバッテリーモジュール間の一様性をさらに高めるのが好ましい。特に、気密密封部材をフォーム樹脂から製造し、バッテリーモジュールアセンブリーの総重量を最小に抑えながら、バッテリーモジュールアセンブリーの絶縁特性を向上させる。
【００２２】
バッテリーモジュールは、PSMを経由して外部回路に接続する。従って、バッテリーモジュールの最終的な入力及び出力端子をPSMに接続し、バッテリーモジュールと外部回路との間の電気的接続を、PSMを通して行う。
【００２３】
好ましい実施態様では、バッテリーモジュールの入力及び出力端子が、バッテリーモジュールによって構成される六面体積重構造の表面(a)で絶縁性基材の予め決められた区域に突き出ている場合、サービスプラグは、バッテリーモジュールの入力及び出力端子の対向側部に配置され、主継電器は、絶縁性基材の中央区域に配置され、電気装置、例えば低電圧DC-DC変換器(LDC)、に電気を供給するための外部入力及び出力端子は、サービスプラグの片側に配置され、抵抗は、サービスプラグに斜めに対向する側に配置され、見掛け電荷継電器は、サービスプラグの側で、抵抗の上に配置され、電流センサーは、主継電器と外部入力及び出力端子との間に配置される。この構造で、制御素子を限られた空間内に配置し、制御素子間を接続するための電気的配線経路を最少に抑えることができる。
【００２４】
接続部材は、制御素子を電気的に相互接続するための部材である。例えば、接続部材は、母線またはワイヤでよい。好ましくは、基材上に取り付けられた複数の制御素子(主継電器、見掛け電荷継電器、サービスプラグ、外部入力及び出力端子、抵抗、及び電流センサー)が小型の接続構造を形成するように、金属板から製造された母線を接続部材として使用する。
【００２５】
過電流及び過電圧を有する電気がバッテリーモジュールに印加されるか、または過電流及び過電圧を有する電気がバッテリーモジュールから発生する場合、本発明の電力切換モジュールが作動し、そのような過電流及び過電圧を遮断する。また、バッテリーモジュールの検査または交換が必要な場合、本発明の電力切換モジュールは、短絡発生を引き起こすように作用する。従って、間違いなく、バッテリーモジュールのカソード及び／またはアノードを外部回路に、電力切換モジュールを経由して接続する必要があろう。
【００２６】
具体的には、各長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子の一方、即ち各長方形バッテリーモジュールのカソードまたはアノード、が、サービスプラグ、主継電器、見掛け電荷継電器、電流センサー、及び外部入力及び出力端子の順序を有する接続回路を構築し、各長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子の他方、即ち各長方形バッテリーモジュールのアノードまたはカソード、が、サービスプラグ及び外部入力及び出力端子の順序だけを有する接続回路を構築することができる。複数の制御素子を通過する電極は、カソードまたはアノードでよい。
【００２７】
好ましくは、バッテリーモジュールにより構成される六面体積重構造の表面(a)上に基材が取り付けられる場合、PSMの外部入力及び出力端子及びサービスプラグは、サービスプラグ及び外部入力及び出力端子が基材の側に露出するように、一緒に配置する。従って、基材の他の全ての側部が気密密封されるか、または基材への到達が構造的に困難である状態にPSMが組み立てられても、基材の開いた一側部を通して、サービスプラグ及び外部入力及び出力端子に到達することができる。従って、装置を設計する際の融通性が高くなり、必要であれば、電気的接続作業または短絡作業を容易に行うことができる。
【００２８】
長方形バッテリーモジュールにより構成される六面体積重構造の外側縁部を固定するフレーム部材は、様々な構造に構築することができる。例えば、フレーム部材は、六面体積重構造の12個の縁部を固定する全てのフレームが一体的に形成されるか、または六面体積重構造の、六面体積重構造の一表面を構成する少なくとも4個の縁部を固定するフレームが一体的に形成される構造に構築することができる。
【００２９】
好ましくは、フレーム部材は、横方向で対向する表面に位置する六面体積重構造の各4個の縁部を固定するためのフレームが一体的に形成され、残りの個別フレームが、一体化されたフレームに連結される構造に構築する。この連結構造では、例えば、上側列バッテリーモジュールが一組として固定され、下側列バッテリーモジュールも別の組として固定されるように、個別フレームが2個ずつ使用され、2個の一体化されたフレームが個別フレームに連結され、それによって、バッテリーモジュールアセンブリーの組立工程が容易に行われ、従って、組立効率が改良される。
【００３０】
上記のように、制御素子及び接続部材が上に取り付けられている絶縁性基材は、バッテリーモジュールにより構成される六面体積重構造の表面(a)、即ち六面体積重構造の、長方形バッテリーモジュールの入力及び出力端子が配置されている表面に、様々な構造で連結し、取り付けることができる。好ましくは、連結部分は、基材の対向する横側から突き出し、基材は、一体化された前部フレーム、一体化された後部フレーム、上側右フレーム、及び下側右フレームを包含するフレーム部材の開いた右側に、連結部材、例えばボルト、を使用して安定して取り付けられる。
【００３１】
従って、この取り付け構造では、絶縁性基材が、制御素子及び接続部材を受け容れることができる空間を与えるのみならず、フレーム部材を支持するための構造体としても作用する。
【００３２】
中または大型バッテリーモジュールアセンブリーは、バッテリーモジュールの作動を制御するためのバッテリー管理装置(BMS)を包含する。状況に応じて、本発明により、BMSはさらにPSMに包含される。具体的には、バッテリーモジュールにより構成される六面体積重構造の一表面で六面体積重構造の縁部を固定するフレーム部材に連結された絶縁性基材上に、BMSを制御素子及び接続部材と共に取り付ける。
【００３３】
本発明の別の態様では、電力切換モジュールを包含するバッテリーモジュールアセンブリーを提供する。特に、本発明のバッテリーモジュールアセンブリーは、六面体積重構造を構成する長方形バッテリーモジュールを包含し、そこで充電及び放電を行い、PSMを六面体積重構造の片側に取り付ける。
【００３４】
本発明のバッテリーモジュールアセンブリーは、バッテリーモジュールアセンブリーの設置効率及び構造的安定性を考慮して、設置空間が限られており、振動及び強い衝撃に頻繁にさらされる電気自動車またはハイブリッド電気自動車用の電源として使用できる。好ましくは、本発明のバッテリーモジュールアセンブリーは、ハイブリッド電気自動車用の電源として使用する。
【００３５】
本発明の別の態様では、電源としてバッテリーモジュールアセンブリーを包含するハイブリッド電気自動車を提供する。充電及び放電可能なバッテリーモジュールアセンブリーを包含するハイブリッド電気自動車は、本発明が属する分野で良く知られており、従って、詳細な説明は行わない。
【００３６】
本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。
【好ましい実施態様の詳細な説明】
【００３７】
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
【００３８】
図1は、六面体積重構造を構成する長方形バッテリーモジュールがフレーム部材により固定される構造に構築された、本発明の好ましい実施態様によるバッテリーモジュールアセンブリーを典型的に例示する透視図である。分かり易くするために、図2は、図1のバッテリーモジュールアセンブリーから六面体積重構造を取り除いた状態で、電力切換モジュール(PSM)がフレーム部材の片側に取り付けられている構造を典型的に例示する透視図である。また、図3は、図1のバッテリーモジュールアセンブリーで六面体積重構造の片側に取り付けたPSMを例示する前部透視図であり、図4は、図3の後部透視図である。
【００３９】
これらの図に関して、バッテリーモジュールアセンブリー100は、6個の長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206、6個の長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206により構成される六面体積重構造200aの外側縁部を固定するためのフレーム部材300、及びPSM 400を包含する。バッテリーモジュールアセンブリー100は、全体的に長方形の平行六面体の形状に構築される。
【００４０】
6個の長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206は、6個の長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206が、横方向に2個ずつ積み重ねられ、6個の長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206が、縦方向に3個ずつ積み重ねられる構造に配置されている。また、6個の長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206は、対向配置構造に積み重ねられ、その際、6個の長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206の片側に形成された入力及び出力端子240が互いに隣接する。具体的には、上側列バッテリーモジュール201、202、及び203は、下側列バッテリーモジュール204、205、及び206の上に積み重ねられているが、上側列バッテリーモジュール201、202、及び203は、下側列バッテリーモジュール204、205、及び206に対して、想像上の中央線を中心にして対称的になるように、上下が反対になっている。
【００４１】
長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206のそれぞれは、複数の板形状単位モジュールが、それらの板形状単位モジュールが構築された状態で、長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206のそれぞれに取り付けられている構造に構築される。フレーム部材300は、六面体積重構造200aの12個の外側縁部がフレームにより安定して固定されるように、複数のフレームが互いに連結されている構造に構築される。六面体積重構造200aがフレーム部材300に取り付けられた状態で、六面体積重構造200aの6面は外側に露出している。
【００４２】
PSM 400は、六面体積重構造200aの、入力及び出力端子240が配置されている前部に取り付けられており、電流を導き、充電及び放電を行い、必要に応じて、バッテリー装置の作動開始またはバッテリー装置解体の際に適切な電圧降下を行い、長方形バッテリーモジュールとの電気的接続を行い、回路を過電流または過電圧から保護する。長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206の入力及び出力端子240は、互いに隣接しているので、PSM 400の接続は容易に行われ、電気的接続用部材の長さを大きく短縮することができる。また、PSM 400は、PSM 400が入力及び出力端子240を気密に密封する様式で取り付ける。従って、入力及び出力端子240の露出により引き起こされることがある短絡の発生を阻止することができる。また、構造的に弱い入力及び出力端子240が外部力により変形するのを防止することができる。特に、PSM 400は、長方形バッテリーモジュール201、202、203、204、205、及び206の入力及び出力端子240を保護するための保護部材としても作用する。以下に、図5及び6に関して、PSM 400を詳細に説明する。
【００４３】
図5及び6は、本発明の好ましい実施態様によるPSMの構造を典型的に例示する。
【００４４】
これらの図に関して、PSM 400は、各種の制御素子が絶縁性の厚いプラスチック基材410上に取り付けられ、それらの制御素子が母線424及びワイヤ430を経由して互いに接続される構造に構築されている。
【００４５】
バッテリーモジュールの入力及び出力端子に接続されるワイヤの導入位置が基材410の下側である場合、サービスプラグ414は基材410の上側に配置され、主継電器416は基材410の中央区域に配置され、見掛け電荷継電器420は、ワイヤに対応する基材410の反対側に配置され、抵抗418は見掛け電荷継電器420の下側に配置され、電流センサー422は見掛け電荷継電器420の上に配置される。従って、PSM 400は、限られた空間内に取り付けることができる小型の構造に構築されている。
【００４６】
外部入力及び出力端子は、サービスプラグ414の片側に配置されている。カソード外部入力及び出力端子426及びアノード外部入力及び出力端子428は、接続部材、例えばケーブルまたはワイヤ、を経由して、異なった電気装置(図には示していない)、例えば逆変換装置及び低電圧DC-DC変換器(LDC)、に接続されている。
【００４７】
図1の六面体積重構造200aを構成するバッテリーモジュールのカソード入力及び出力端子426は、サービスプラグ414に接続されたカソード接続端子432に接続され、主継電器416、見掛け電荷継電器420、及び電流センサー422を通して、カソード外部入力及び出力端子426に接続されている。他方、バッテリーモジュールのアノード入力及び出力端子242は、サービスプラグ414に接続されたアノード接続端子434に接続され、制御素子を通してではなく、アノード外部入力及び出力端子428に直接接続されている。従って、PSMを構成する制御素子、即ちサービスプラグ414、主継電器416、及び見掛け電荷継電器420、の一つが切れると、短絡が起こる。
【００４８】
サービスプラグ414は、必要であれば、短絡の発生を引き起こすのに役立ち、バッテリーモジュールアセンブリーの組立及び検査の際に、またはバッテリーモジュールもしくは制御素子の幾つかを交換する際に、操作員及び装置の安全性を確保する。
【００４９】
バッテリーモジュールに印加される電気またはバッテリーモジュールから発生する電気が、予め決められた値を超える電流または電圧を有する場合、主継電器416が、そのような高い電流または電圧を遮断し、装置の安全性性を確保する。
【００５０】
見掛け電荷継電器420及び見掛け電荷継電器420と連携する抵抗418は、装置が停止している間に電流が流れる時に、例えば車両が始動する時に、瞬間的な電流伝導により装置に過負荷がかかるのを防止するために、適切に低下した電圧及び電流を有する電気を流す役目を果たす。従って、車両の始動時に見掛け電荷継電器420が作動し、適切な作動条件に達した後、見掛け電荷継電器420は、それ以上作動しない。
【００５１】
他方、絶縁性プラスチック基材410は、図2に示すように、一体化された前部フレーム、一体化された後部フレーム、上側右フレーム、及び上側下側フレームを包含するフレーム部材の開いた右側に正確に取り付けられる形状及びサイズを有し、連結部分412が、絶縁性プラスチック基材410の対向する横側から突き出る構造に構築される。その結果、絶縁性プラスチック基材410の少なくとも2個の縁部が、バッテリーモジュールアセンブリーの片側でフレーム部材に安定して連結される。
【００５２】
従って、PSM 400のプラスチック基材410は、関連する素子、母線、及びワイヤを受け容れることができる空間を与えるのみならず、フレーム部材を支持するための構造体としても作用する。
【００５３】
図7は、バッテリー管理装置(BMS)との構造を典型的に例示する透視図である。
【００５４】
図7に関して、BMS 500は、BMS 500がLDC及び逆変換装置に隣接するように、バッテリーモジュールアセンブリーのハウジングケース中にPSMが取り付けられる位置に取り付けられる。BMS 500の片側の下側部分には、BMS 500から外側に突き出た連結部分504が形成されている。BMS 500は、連結部材、例えばボルト、を連結部分504の連結孔502の中にねじ込むことにより、バッテリーモジュールアセンブリーの予め決められた区域に固定される。BMS 500を取り付ける位置は、様々に変えることができる。好ましくは、BMS 500は、図8に示すように、PSMが取り付けられる位置に取り付ける。
【００５５】
図8は、バッテリーモジュールアセンブリーと取付フレーム部材との間の連結を例示する分解組立図である。
【００５６】
図8に関して、取付フレーム部材380は、取付フレーム部材380の対向する末端が、一体化された前部フレーム350の屈曲延長部分353に連結した状態で、取付フレーム部材380が外側に突き出るように、取付フレーム部材380がゆるやかに屈曲している構造に構築される。また、取付フレーム部材380は、前部フレーム350と連結させるための連結溝に加えて、外部機構または装置(図には示していない)を連結するための連結溝を備えている。
【００５７】
従って、バッテリーモジュールアセンブリー100は、PSM 400及びBMS 500がバッテリーモジュールアセンブリー100の片側に取り付けられた状態で、取付フレーム部材380により、外部機構または装置に効果的に取り付けられる。
【００５８】
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加、及び置き換えが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
上記の説明から明らかなように、本発明のバッテリーモジュールアセンブリー用の電力切換モジュールは、限られた空間、例えば電気自動車またはハイブリッド電気自動車、の中に、電力切換モジュールが占有する空間を最少に抑えながら、安定して取り付けられる、小型で最適な配置構造を有する。さらに、電力切換モジュールは、容易に組み立てられ、外部衝撃に対して高い構造的安定性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図1は、六面体積重構造を構成する長方形バッテリーモジュールがフレーム部材により固定される構造に構築されたバッテリーモジュールアセンブリーを例示する透視図である。
【図２】図2は、図1のバッテリーモジュールアセンブリーから六面体積重構造を取り除いた状態で、電力切換モジュール(PSM)がフレーム部材の片側に取り付けられている構造を例示する透視図である。
【図３】図3は、図1のバッテリーモジュールアセンブリーで六面体積重構造の片側に取り付けたPSM及びバッテリー管理装置(BMS) を例示する前部透視図である。
【図４】図4は、図3の後部透視図である。
【図５】図5は、図3に示すPSMの構造をそれぞれ例示する透視図及び平面図である。
【図６】図6は、図3に示すPSMの構造をそれぞれ例示する透視図及び平面図である。
【図７】図7は、図3に示すBMSの構造を例示する透視図である。
【図８】図8は、バッテリーモジュールアセンブリーと車両取付フレームとの間の連結を例示する分解組立図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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