(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆極性の一対の電極端子を有したバッテリセルを、複数個接続して成るバッテリモジュールにおいて、
隣接する上記バッテリセル相互の電極端子の極性が互い違いになるように、当該各バッテリセルを一列に並べて構成されたバッテリセル列と、
上記バッテリセル列における異なるバッテリセル間で、極性の異なる電極端子同士をそれぞれ個別に接続する絶縁の施された平面形状のバスバーと、
隣接した異なるバッテリセル列のバッテリセル同士で、極性の異なる電極端子を相互接続する絶縁の施された平面形状の列間接続用バスバーとを備え、
互いに隣接する上記バッテリセル列は、バッテリセルの同極電極端子同士が相互に向き合うように並列に配置され、
上記バスバーは、上記バッテリセル列におけるバッテリセルの電極端子を、隣のバッテリセルを飛ばした次のバッテリセルにおける異なる極性の電極端子へ接続して、当該電極端子間の接続線に隣接する他の接続線が逆方向の電流を流すように、各バッテリセルの電極端子間をそれぞれ順々に接続し、
上記バスバーの接続によって、
隣接する一方のバッテリセル列における一方の列端のバッテリセルの一方の電極から、他方の列端のバッテリセルと一方の列間接続用バスバーを経て、隣接する他方のバッテリセル列における一方の列端のバッテリセルに至るまで、隣接するバッテリセル列内を順次流れる電流経路により形成される一方の鎖交ループと、
当該他方のバッテリセル列の一方の列端で折り返して、当該他方のバッテリセル列における他方の列端のバッテリセルと他方の列間接続用バスバーを経て、当該一方のバッテリセル列における一方の列端のバッテリセルの他方の電極に至るまで、隣接するバッテリセル列内を順次流れる他の電流経路により形成される他方の鎖交ループとで、
互いの鎖交ループを流れる電流が反対方向になるように、当該隣接するバッテリセル列同士を、互いに交差する上記一方と他方の列間接続用バスバーで接続したことを特徴とするバッテリモジュール。
【請求項２】
上記バッテリセルは、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリやニッカドバッテリから成ることを特徴とする請求項１記載のバッテリモジュール。
【請求項３】
上記バスバーおよび列間接続用バスバーは単体で外部へ電磁界を放出しないようにシールドされた構造であることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
上記バッテリセルは１０個、上記バッテリセル列は２列、上記バスバーと列間接続用バスバーは高さおよび形状の異なる互いに絶縁された７種類の板材で構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいづれか1項に記載のバッテリモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば航空機や宇宙機器などに搭載される、比較的容量が大きく、発生するＥＭＩ（Electromagnetic Interference）に対して対策が必要なバッテリモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のバッテリモジュールの外観図であり、１A〜１Jはセル、２A〜２D、３および４A〜４Dはバスバーである。
図６は図５に示された従来のバッテリモジュールによる、セルの配置および電流経路を示した図であり、５A〜５Jはプラス端子、６A〜６Jはマイナス端子である。
【０００３】
1つのセルでは実現できない容量のバッテリを作成するためには、複数個のセルを接続し1つのモジュールとして成り立たせればよい。
一つのバッテリモジュールはセル１Aのプラス端子５Ａとセル１Bのマイナス端子６Ｂをバスバー２Aを用いて接続し、セル１Bのプラス端子５Ｂとセル１Cのマイナス端子６Ｃをバスバー２Bを用いて接続し、セル１Cのプラス端子５Ｃとセル１Dのマイナス端子６Ｄをバスバー２Cを用いて接続し、セル１Dのプラス端子５Ｄとセル１Eのマイナス端子６Ｅをバスバー２Dを用いて接続し、プラス端子５Ｅとマイナス端子６Ｆをバスバー３を用いて接続し、セル１Fのプラス端子５Ｆとセル１Gのマイナス端子６Ｇをバスバー４Aを用いて接続し、セル１Gのプラス端子５Ｇとセル１Hのマイナス端子６Ｈをバスバー４Bを用いて接続し、セル１Hのプラス端子５Ｈ−セル１Iのマイナス端子６Ｉをバスバー４Cを用いて接続し、セル１Iのプラス端子５Ｉ−セル１Jのマイナス端子６Ｊをバスバー４Dを用いて接続することにより、各セル間が接続されている。
【０００４】
各セル間の接続にはバスバーに限られず、ケーブル等により接続が行われる場合もある。
【０００５】
また、バッテリモジュールは大容量になるほど必要とされるセルの数も多くなり、各セル間を接続しているケーブルやバスバーなどの長さも長くなる。
図７は図６に示された従来のバッテリモジュールにおける電流経路を示した図であり、７はこの時形成される電流ループ（鎖交ループ）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような大容量のバッテリモジュールでは、流れる電流の大きさから鎖交ループに沿って生じる磁束（以下、鎖交磁束と呼ぶ）などにより発生するＥＭＩも大きくなり対策が必要になる。簡単な対策としてはシールドと呼ばれる遮蔽板により、バッテリモジュールを閉空間に隔離することで、モジュール外へのＥＭＩの影響を防ぐ方法があげられるが、質量の増加、モジュール自体の大型化は避けられない。特に宇宙搭載機器においては、打上時の総質量の制約やサイズ的な制約が大きく、十分な対策を行うことが困難になる。
【０００７】
同時に、バッテリモジュールが大容量であるほど、流れる電流の大きさから、接続経路に発生する熱量も大きくなり、放熱対策も必要になる。簡単な対策としては、放熱フィンの取付けが考えられるが、質量の増加、モジュールの大型化は避けられないと同時に、接続経路短絡の危険性も避けられず、その対策も考慮しなくてはならない。
【０００８】
また、バッテリモジュールを構成するセルの数が増えれば、組立時に生じる組立てバラツキも大きくなり、発生するＥＭＩ等の影響にもバラツキが生じる。組立てバラツキを小さくするためには、単純に組立て条件を厳しくすれば良いが、生産性が低下する問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、特殊な電気回路やシールドを必要とせず、質量増加、サイズ増大を防ぐことのできるバッテリモジュールを実現することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のバッテリモジュールは、逆極性の一対の電極端子を有したバッテリセルを、複数個接続して成るバッテリモジュールにおいて、
隣接する上記バッテリセル相互の電極端子の極性が互い違いになるように、当該各バッテリセルを一列に並べて構成されたバッテリセル列と、
上記バッテリセル列における異なるバッテリセル間で、極性の異なる電極端子同士をそれぞれ個別に接続する絶縁の施された平面形状のバスバーと、
隣接した異なるバッテリセル列のバッテリセル同士で、極性の異なる電極端子を相互接続する絶縁の施された平面形状の他のバスバーとを備え、
上記バスバーは、上記バッテリセル列におけるバッテリセルの電極端子を、隣のバッテリセルを飛ばした次のバッテリセルにおける異なる極性の電極端子へ接続して、当該電極端子間の接続線に隣接する他の接続線が逆方向の電流を流すように、各バッテリセルの電極端子間をそれぞれ順々に接続し、
互いに隣接する上記バッテリセル列は、バッテリセルの同極電極端子同士が相互に向き合うように並列に配置され、
上記他のバスバーは、隣接する一方のバッテリセル列から他方のバッテリセル列へ上記バスバーおよび他のバスバーを介して流れる電流経路と、当該他方のバッテリセル列内で折り返して上記バスバーおよび他のバスバーを介して一方のバッテリセル列へ戻る他の電流経路とで、電流の流れる方向が反対になるように、当該隣接するバッテリセル列同士を接続したものである。
【００１１】
また、バッテリセルは、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリやニッカドバッテリから成るものでも良い。
【００１２】
なお、バスバーおよび他のバスバーは単体で外部へ電磁界を放出しないようにシールドされた構造のものでも良い。
【００１３】
また、上記バッテリセルは１０個、上記バッテリセル列は２列、上記バスバーと他のバスバーは高さおよび形状の異なる互いに絶縁された７種類の板材で構成されるものでも良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明による実施形態１を示す１００Ａｈバッテリモジュールの外観図であり、８A、８B、９、１０、１１、１２A、１２B、１３および１４はバスバーであり、１A〜１Jは従来技術の図５の説明と同じものである。
【００１６】
一つのバッテリモジュールはセル１A〜セル１Jをバスバー８A、バスバー８B、バスバー９、バスバー１０、バスバー１１、バスバー１２A、バスバー１２B、バスバー１３およびバスバー１４を用いて接続することにより構成されている。
【００１７】
図２は実施形態１による、セルの配置および電流経路を示した図であり、１A〜１Jは図５の説明と同じ、５A〜５J、６A〜６Jは図６の説明と同じものである。
【００１８】
バッテリモジュールのセル１の配置を示したものであり、隣り合うセル1の端子がプラス端子５、マイナス端子６と互い違いになるように配置されており、セル１Aのプラス端子５Ａとセル１Cのマイナス端子６Ｃ間をバスバー８ａにて接続し、セル１Cのプラス端子５Ｃとセル１Eのマイナス端子６Ｅ間をバスバー８ｂにて接続し、セル１Dのプラス端子５Ｄとセル１Bのマイナス端子６Ｂ間をバスバー９を用いて接続し、セル１Fのプラス端子５Ｆとセル１Dのマイナス端子６Ｄ間をバスバー１０を用いて接続し、セル１Eのプラス端子５Ｅとセル１Gのマイナス端子６Ｇ間をバスバー１１を用いて接続し、セル１Hのプラス端子５Ｈとセル１Fのマイナス端子６Ｆ間をバスバー１２ａを用いて接続し、セル１Jのプラス端子５Ｊとセル１Hのマイナス端子６Ｈ間をバスバー１２ｂを用いて接続し、セル１Gのプラス端子５Ｇとセル１Iのマイナス端子６Ｉ間をバスバー１３を用いて接続し、セル１Iのプラス端子５Ｉとセル１Jのマイナス端子６Ｊ間をバスバー１４を用いて接続する配置となっている。
【００１９】
図３は実施形態１により形成される電流ループを示した図であり、１５は形成される鎖交ループを示している。
本実施形態により形成される鎖交ループ１５Ａと１５Ｂの電流の流れる方向は互いに異なるため、生じる鎖交磁束が互いに相殺される効果が得られる。
【００２０】
図４は実施形態１による、バスバーを流れる電流方向を示した図であり、８A、８B、９〜１１、１２A、１２B、１３、１４は図１の説明と同じものである。
【００２１】
バスバー８A、バスバー８B、バスバー９〜バスバー１１、バスバー１２A、バスバー１２B、バスバー１３、バスバー１４は図３に示される電流経路を実現できるように、高さおよび形状の異なった７種類より構成されており、それぞれにラミネートを施すことにより絶縁が施されている。
なお、バスバーは平面形状であり、バスバー同士は局所的に平行平板となる構成である。
【００２２】
これにより、バスバー同士の短絡が防げるだけでなく、局所的なコンデンサーが形成できるため、ＥＭＩの低減効果が得られる。
【００２３】
同時に、平面形状とすることで表面積が大きくなり、伝熱面積および放射面積が大きくなることにより、高い放熱性が得られる。
【００２４】
同時に、表面積が大きくなることで、高周波のインピーダンスが表皮効果により小さくなり、接続経路による電圧降下および発熱を押さえることができる。
【００２５】
図４において、バスバー内を流れる電流の向きを示しており、流れる電流の向きが互いに反対になる部分ができていることがわかる。
このことは電流に沿って生じる磁界を互いに相殺する効果が得られる。
【００２６】
またバスバーという自由度の少ない材質を使用することにより、組立てによる位置バラツキを少なくすることができ、モジュール内の位置バラツキにより生じるＥＭＩの発生量の変化を低減する効果が得られる。
【００２７】
同時に、接続時の取り付けネジ位置が決定されることにより、生産効率を上げることができる。
【００２８】
上記実施例では、バッテリセルとしてリチウムイオンバッテリを使用しているが、その他にニッケル水素バッテリやニッカドバッテリを使用しても良い。
【００２９】
上記実施例では、１０個のセルと７種類のバスバーを用いているが、その数量や形状は、この限りでなくても良い。
【００３０】
上記実施例では、バスバーを用いているが、平行平板を形成することができる場合には、この限りでなくても良い。
【００３１】
上記実施例では、バスバーにラミネートを施しているが絶縁性を保つことができれば、この限りでなくても良い。
【００３２】
上記実施例では、バスバーを用いているが、自由度の低い材料であれば、この限りでなくても良い。
【００３３】
同時に、バスバーの形状を工夫することで、接続経路の放熱を効率的に行う効果が得られる。
【００３４】
同時に、バスバーの形状を工夫することで、接続経路の電圧降下ならびに発熱を低下させる効果が得られる。
【００３５】
同時に、バスバーにラミネートを施すことにより、接続経路の短絡を防ぐ効果だけでなく、コンデンサー効果によるＥＭＩの低減効果を効率的に得ることができる。
【００３６】
局所的に流れる電流の向きが反対になる部分を作り出すことで、流れに沿って発生する磁界を相殺させる効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のバッテリモジュールは複数のセル間の接続において、セルの配列、接続順序を工夫することにより、鎖交磁束により発生するＥＭＩの低減効果を効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による実施形態１を示すバッテリモジュールの外観図である。
【図２】  実施形態１による、セルの配置および電流経路を示した図である。
【図３】  実施形態１により形成される電流ループを示した図である。
【図４】  実施形態１による、バスバーを流れる電流方向を示した図である。
【図５】  従来のバッテリモジュールの外観図である。
【図６】  従来のバッテリモジュールによる、セルの配置および電流経路を示した図である。
【図７】  従来のバッテリモジュールにより形成される電流ループを示した図である
【符号の説明】
１  セル、  ２  バスバー、  ３  バスバー、  ４  バスバー、  ５  プラス端子、  ６  マイナス端子、  ７  電流ループ、  ８  バスバー、  ９  バスバー、  １０  バスバー、  １１  バスバー、  １２  バスバー、  １３  バスバー、  １４  バスバー、  １５  電流ループ
【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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