JP2005183146A

JP2005183146A - 車両用の電源装置

Info

Publication number: JP2005183146A
Application number: JP2003421585A
Authority: JP
Inventors: Wataru Okada; 渉岡田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】底ケースを補強して耐衝撃強度を向上する。全体を軽量化しながら耐衝撃強度を著しく向上する。
【解決手段】車両用の電源装置は、複数の二次電池２と、二次電池２を収納しているケース６とを備える。ケース６は、底ケース６Ａをプラスチックで成形すると共に、この底ケース６Ａの表面に細長い補強金属プレート７を固定して底ケース６Ａを補強している。さらに、この補強金属プレート７は、二次電池２と直列に接続されて、出力用のリード板に兼用している。
【選択図】図３

Description

本発明は自動車等の車両に搭載されて、車両を走行させるモーターを駆動する二次電池を内蔵する電源装置に関する。

自動車を走行させるモーターを駆動する二次電池を内蔵している電源装置は、重くて大きい。それは、自動車を走行させる大出力のモーターに大電力を供給するからである。電源装置は、出力を大きくするために、多数の二次電池を直列に接続して出力電圧を高く、百Ｖ以上としている。このため、電源装置は、多数の二次電池をケースに内蔵する構造となっている。また、電源装置は、出力電流を大きくするために、大きな大容量の二次電池を内蔵する必要がある。このように、自動車用の電源装置は、大きな二次電池を多数に内蔵するので、全体が重くて大きくなる。

さらに、重くて大きい電源装置は、激しい振動と衝撃を受ける極めて厳しい環境で使用される。自動車が走行すると振動し、また衝突のときに極めて強い衝撃を受けるからである。したがって、自動車用の電源装置は、現実の使用環境において、底ケースには極めて強い強度が要求される。重い多数の二次電池を内蔵してこれを支え、さらに二次電池の荷重が作用する状態で振動や衝撃を受けて破損しない強度が要求されるからである。さらに、自動車用の電源装置は、自動車への据え付け面積を小さくするために、多数の二次電池を多段に積層する構造が採用されることがある。

この構造の電源装置は、多段に積層している二次電池の重い荷重が底ケースに作用するので、底ケースには、大きな耐荷重と耐衝撃強度が要求される。自動車用の電源装置は、充分な強度を保持しながら、軽量化も極めて大切である。自動車全体の重量が消費するエネルギーを大きくするので、省エネルギーを実現するために軽量化することが極めて大切である。軽量化のために、ケースはプラスチックで製作される。ただ、ケースの強度と軽量化は互いに相反する特性であって、両方を満足するのは極めて難しい。

自動車用の電源装置として、ケースを強靭な構造とするために、表面にリブを一体的に成形して設ける構造が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００１−３２５９９６号公報

この公報に記載される電源装置は、プラスチックケースの内面に補強リブを一体的に成形して設けている。このケースは、補強リブで強くできるが、重い電池を多段に内蔵する底ケースにあっては、強い衝撃で破損しないように相当に厚くする必要がある。このため、重くなる欠点があった。また、プラスチックで補強リブを一体成形する構造は、耐衝撃強度を向上させるのが極めて難しい。強い衝撃を受けるとプラスチックが破損するからである。さらにプラスチックは、年月が経過すると劣化する性質がある。劣化したプラスチックは更に割れやすくなって、耐衝撃強度が著しく低下してしまう。このため、補強リブを一体的に設ける構造は、自動車に搭載される電源装置の底ケースを充分な強度とするは極めて難しい。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、底ケースを補強金属プレートで補強して耐衝撃強度を向上しながら、この補強金属プレートを出力用のリード板に兼用する独特の構成でもって、全体を軽量化しながら耐衝撃強度を著しく向上できる車両用の電源装置を提供することにある。

本発明の車両用の電源装置は、複数の二次電池２と、二次電池２を収納しているケース６とを備える。ケース６は、底ケース６Ａをプラスチックで成形すると共に、この底ケース６Ａの表面に細長い補強金属プレート７を固定して底ケース６Ａを補強している。さらに、この補強金属プレート７は、二次電池２と直列に接続されて、出力用のリード板に兼用している。

底ケース６Ａは、補強金属プレート７を嵌着する嵌合溝８を設けて、底ケース６Ａに固定している補強金属プレート７を嵌合溝８に嵌着することができる。さらに、底ケース６Ａは、全体の形状を細長い形状とし、細長い底ケース６Ａの表面または両側部分に、長手方向に伸びる姿勢で複数本の補強金属プレート７を固定することができる。さらにまた、底ケース６Ａは、その表面に、水平な姿勢の補強金属プレート７と、垂直な姿勢の補強金属プレート７を固定することができる。

さらに、本発明の電源装置は、底ケース６Ａを、横幅よりも縦方向の長さを長くする細長い形状とし、複数の二次電池２を互いに直列に直線状に連結して電池モジュール１とし、さらに、複数の電池モジュール１を底ケース６Ａと平行な姿勢でその上方に互いに平行な姿勢で配置して、この電池モジュール１に直列に接続している補強金属プレート７を底ケース６Ａに固定することができる。この電源装置は、細長い形状の底ケース６Ａの中間部分に、制御回路に接続される制御用出力端子１０を設けることができる。さらに、この電源装置は、底ケース６Ａの上方に、電池モジュール１を複数段に積層する状態で配設することができる。

本発明の車両用の電源装置は、底ケースを補強して耐衝撃強度を著しく向上できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、プラスチックで成形される底ケースの表面に、出力用のリード板に兼用される細長い補強金属プレートを固定して補強しているからである。この電源装置は、プラスチックの底ケースを補強金属プレートで補強するので、従来のリブを成形して補強する構造に比べて、長期間にわたって優れた耐衝撃強度を実現できる。とくに、本発明の電源装置は、単に底ケースを補強するためだけの部材として金属プレートを配設するのではなく、この補強金属プレートを、極めて大きな電流が流れる出力用のリード板に兼用するので、全体を軽量化しながら理想的に底ケースを補強して耐衝撃強度を著しく向上できる。しかも、出力用のリード板に兼用される補強金属プレートは、太い電線に比べて、簡単かつ省スペースに配線できる特長もある。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための車両用の電源装置を例示するものであって、本発明は車両用の電源装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１の断面図に示す車両用の電源装置は、複数の二次電池２と、二次電池２を収納しているケース６とを備える。複数の二次電池２は、図２に示すように互いに直列に直線状に連結されて電池モジュール１の状態でケース６に収納している。ケース６は、複数の電池モジュール１を平行な姿勢で配置して収納している。図の二次電池２は、円筒型のニッケル水素電池である。ただし、ケースに収納する二次電池には、リチウムイオン電池やニッケルカドミウム電池等の充電できる全ての二次電池を使用できる。また円筒型の二次電池に代わって、角型の二次電池も使用できる。

電池モジュール１は、６個の二次電池２を直列に接続している。ただし、電池モジュールは、４〜１０個の二次電池を直列に直線状に連結することもできる。図の電池モジュール１は、金属板である皿状接続体３を介して二次電池２を直線状に直列に連結している。電池モジュール１は、二次電池２を直接に溶接して連結することもできる。電池モジュール１は、その端部に、電極端子４を溶接して固定している。電極端子４には、電池モジュール１を接続するバスバー（図示せず）がネジ止めして連結される。バスバーは、電池モジュール１を直列に接続する。

図の電源装置は、電池モジュール１を多段に配設する状態で、ケース６に収納している。電池モジュール１は、水平な姿勢であって、隣接する電池モジュール１との間に冷却用の空隙を設けて、多段に積層されるようにケース６内に配置される。図の電源装置は、電池モジュール１を３列と２列に平行に並べてひとつの電池ブロック５とし、３組の電池ブロック５をケース６に収納している。２組の電池ブロック５が下段に水平に並べられ、その上に１組の電池ブロック５を配置している。下段に並べられる２組の電池ブロック５は、内蔵する電池モジュール１を３段に積層する状態でケース６に収納される。上段の電池ブロック５は、３列と２列の電池モジュール１を２段に積層するように配置している。したがって、図の電源装置は、ケース６に５段に電池モジュール１を積層する姿勢で収納している。図の電源装置は、ケース６に５段に電池モジュール１を積層する状態で収納するが、本発明の電源装置は、電池モジュールを２〜４段に、あるいは６段以上に積層する状態で収納することもできる。

ケース６は、底ケース６Ａをプラスチックで成形し、あるいはケース全体をプラスチックで成形している。底ケース６Ａを成形するプラスチックは、ガラス繊維を埋設して補強しているＰＰＥである。このプラスチックは、引張強度が１．２×１０^７Ｍｐａと極めての強靭である。ただし、本発明の電源装置は、底ケースをガラス繊維で補強しないプラスチックで成形し、あるいは他のプラスチックで成形することもできる。

ケース６は、底ケース６Ａとこの底ケース６Ａの上方に固定されるカバーケース６Ｂとからなる。カバーケース６Ｂと底ケース６Ａが連結されて、ケース６は内部に二次電池２を収納する。カバーケース６Ｂは、脱着できるように底ケース６Ａに連結される。ただし、底ケースとカバーケースとをプラスチックの一体構造とすることもできる。このケースは、端部を開口して電池ブロックや電池モジュールを収納する。ケース６は、底ケース６Ａにカバーケース６Ｂを連結して、その内部の定位置に電池ブロック５を固定する。たとえば、図示しないが、ケースの内面に突出して、電池ブロックの表面に当接する保持リブを一体的に成形して設け、この保持リブで電池ブロックを定位置に配置する。また、電池ブロックは、ケースに連結されるバスバーの端部を電池モジュールの電極端子に連結する構造によっても、ケース内の定位置に配置される。さらに、電池ブロックをケースにネジ止めする構造によっても、電池ブロックはケース内の定位置に配置される。電池モジュールを電池ブロックとしないで、多数の電池モジュールをケース内に配置する構造にあっては、電池モジュールをバスバーで連結する構造、ケースの内面に電池モジュールを保持する保持リブを設ける構造で、電池モジュールをケース内の定位置に配置する。

底ケース６Ａは、その平面形状において、横幅よりも縦方向の長さを長くして、全体の形状を細長い形状、たとえば図３に示す長方形としている。細長い形状の底ケース６Ａは、その上方に複数の電池モジュール１を多段に配置している。複数の電池モジュール１は、互いに平行な姿勢であって、底ケース６Ａと平行、すなわち底ケース６Ａの縦方向を向く姿勢で配置されている。図の電源装置は、複数の電池モジュール１を連結して電池ブロック５とし、この電池ブロック５を底ケース６Ａの上方に配置して、電池モジュール１、すなわち二次電池２を底ケース６Ａと平行となる姿勢で、ケース６内に配置している。底ケース６Ａの全長は、電池モジュール１の全長よりもわずかに長く、内部に電池ブロック５や電池モジュール１を収納できる長さとしている。

底ケース６Ａは、図３ないし図８に示すように、表面に補強金属プレート７を固定して補強している。補強金属プレート７は、厚さを２ｍｍとし、幅を１０〜２０ｍｍとする銅板である。ただし、補強金属プレートには、電気抵抗の小さい他の金属板、たとえばニッケル板、アルミニウム板、あるいは銅合金板等も使用できる。補強金属プレート７は、底ケース６Ａに固定されて、底ケース６Ａを補強すると共に、二次電池２と直列に接続されて出力用のリード板に兼用される。

底ケース６Ａは、補強金属プレート７を嵌着するための嵌合溝８を設けている。図７の横断面図と図８の縦断面図に示す底ケース６Ａは、一対のリブ９を一体的に成形して設けて、一対のリブ９の間に嵌合溝８を設けている。一対のリブ９の間隔は、この間に補強金属プレート７を水平姿勢で、あるいは垂直姿勢で嵌入できる幅としている。一対のリブ９を設けて、その間に嵌合溝８を設ける構造は、底ケース６Ａを薄く、軽くして嵌合溝８を設けることができる。ただ、底ケースは、表面に凹部の溝を成形して嵌合溝を設けることもできる。

補強金属プレート７は、底ケース６Ａを補強すると共に、出力用のリード板に併用される。図の底ケース６Ａは、細長い形状であって、長手方向である縦方向に伸びる姿勢で複数本の補強金属プレート７を固定して補強している。さらに、図６において、底ケース６Ａの左半分は、その両側に縦方向に伸びる姿勢で補強金属プレート７を固定している。さらに、この図の底ケース６Ａは、底ケース６Ａの表面に、水平な姿勢の補強金属プレート７と、垂直な姿勢の補強金属プレート７を固定して補強している。垂直な姿勢の補強金属プレート７は、細長い形状の底ケース６Ａの縦方向に伸びる姿勢で固定され、水平な姿勢の細長い形状は、横方向に伸びる姿勢で固定される。垂直な姿勢で底ケース６Ａに固定される補強金属プレート７は、底ケース６Ａの曲げに対する強度を著しく向上する。したがって、図に示すように、縦に伸びる補強金属プレート７を垂直姿勢として底ケース６Ａに固定する構造は、補強金属プレート７で細長い形状の底ケース６Ａの曲げ強度を著しく向上できる。また、垂直姿勢の補強金属プレート７は、底ケース６Ａを補強しながら、狭いスペースに配置できる。水平姿勢の補強金属プレート７は、底ケース６Ａの表面に固定されるので、この補強金属プレート７を狭いスペースに配置できる。補強金属プレート７は、ネジ止して底ケース６Ａに固定され、また嵌合溝８に嵌着されて底ケース６Ａの定位置に固定れさる。補強金属プレート７は、端部を、底ケース６Ａに固定される止ネジ（図示せず）で、他のリード板（図示せず）を連結することができる。いいかえると、他のリード板を連結する止ネジで、補強金属プレート７を底ケース６Ａに固定することができる。図６は補強金属プレート７を底ケース６Ａに固定する部分を○印で示している。この図の補強金属プレート７は、端部を底ケース６Ａに固定している。

補強金属プレート７は、底ケース６Ａを補強しながら出力用のリード板に使用される。したがって、補強金属プレート７は二次電池２と直列に、いいかえると電池モジュール１と直列に接続される。出力用のリード板は、極めて大きな電流が流れる。二次電池２と走行用モーターとを出力リードで連結して、直列に接続している二次電池２から走行用のモーターに大電力を供給して、車両を走行させるからである。たとえば、出力電圧を２５０Ｖとする電源が、モーターに２５ＫＶＡの電力を供給する場合、出力リードの電流は１００Ａとなる。従来の電源装置は、大電流を流す出力リードに、電気抵抗が小さくて損失の小さい太い電線を使用する。太い電線はケース内の狭い領域に配線するのが難しい。また、太い電線は小さい曲率半径で曲げることができないので、折曲部分に広いスペースを必要とする。本発明の電源装置は、電線に代わって、底ケース６Ａを補強する補強金属プレート７を利用する。補強金属プレート７は、底ケース６Ａを補強する厚い金属板であるから、電気抵抗を小さくできる。さらに、図に示すように、細長い形状の底ケース６Ａと電池モジュール１を平行に配置する電源装置にあっては、底ケース６Ａの端部に電池モジュール１の電極端子４が配置される。したがって、補強金属プレート７の一端を底ケース６Ａの端部に配置して、この補強金属プレート７を底ケース６Ａに沿って縦方向に延長できる。縦方向に伸びる補強金属プレート７は、細長い形状の底ケース６Ａの曲げ強度を補強して、強靭な構造とする。

さらに、図３に示す底ケース６Ａは、図５に示すように、その中間部分に、制御回路に接続される制御用出力端子１０を設けると共に、図４に示すように、底ケース６Ａの端部、図において左端に、電源装置の主出力端子１１を配置している。この底ケース６Ａは、補強金属プレート７の端部を電池モジュール１の電極端子４に接続するために、底ケース６Ａの端部に配置し、また、制御用出力端子１０に接続するため底ケース６Ａの中間に配置し、さらに主出力端子１１に接続するために底ケース６Ａの端部に配置する必要がある。このため、図に示すように、補強金属プレート７は、底ケース６Ａの端部から中間に、また中間から端部に延長する姿勢、すなわち縦方向に伸びる姿勢で配置される。さらに、底ケース６Ａの片側に制御用出力端子１０を、他の側部に主出力端子１１を配置して、補強金属プレート７を横方向に伸びる姿勢で配置できる。したがって、補強金属プレート７は、細長い形状の底ケース６Ａに縦横に伸びる姿勢で固定されて、底ケース６Ａを理想的な状態で補強できる。

本発明の一実施例にかかる車両用の電源装置の概略横断面図である。図１に示す電源装置に内蔵される電池モジュールの側面図である。図１に示す電源装置の底ケースの斜視図である。図３に示す底ケースの端部の拡大斜視図である。図３に示す底ケースの中央部の拡大斜視図である。図３に示す底ケースの概略平面図であって、補強金属プレートの配置を示す図である。図６に示す底ケースのＡ−Ａ線断面図である。図６に示す底ケースのＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１…電池モジュール
２…二次電池
３…皿状接続体
４…電極端子
５…電池ブロック
６…ケース６Ａ…底ケース６Ｂ…カバーケース
７…補強金属プレート
８…嵌合溝
９…リブ
１０…制御用出力端子
１１…主出力端子

Claims

複数の二次電池(2)と、二次電池(2)を収納しているケース(6)とを備える車両用の電源装置であって、
ケース(6)は、底ケース(6A)をプラスチックで成形すると共に、この底ケース(6A)の表面に細長い補強金属プレート(7)を固定して底ケース(6A)を補強しており、さらにこの補強金属プレート(7)は二次電池(2)と直列に接続されて、出力用のリード板に兼用されてなる車両用の電源装置。
底ケース(6A)が補強金属プレート(7)を嵌着する嵌合溝(8)を有し、底ケース(6A)に固定している補強金属プレート(7)を嵌合溝(8)に嵌着している請求項１に記載される車両用の電源装置。
底ケース(6A)が、全体の形状を細長い形状とし、細長い底ケース(6A)の表面または両側部分に、長手方向に伸びる姿勢で複数本の補強金属プレート(7)を固定している請求項１に記載される車両用の電源装置。
底ケース(6A)の表面に、水平な姿勢の補強金属プレート(7)と、垂直な姿勢の補強金属プレート(7)を固定している請求項１に記載される車両用の電源装置。
底ケース(6A)が横幅よりも縦方向の長さを長くする細長い形状で、複数の二次電池(2)は互いに直列に直線状に連結されて電池モジュール(1)としており、さらに、複数の電池モジュール(1)は底ケース(6A)と平行な姿勢でその上方に互いに平行な姿勢で配置され、この電池モジュール(1)に直列に接続している補強金属プレート(7)を底ケース(6A)に固定している請求項１に記載される車両用の電源装置。
細長い形状の底ケース(6A)の中間部分に、制御回路に接続される制御用出力端子(10)を設けている請求項５に記載される車両用の電源装置。
底ケース(6A)の上方に、電池モジュール(1)を複数段に積層する状態で配設している請求項５に記載される車両用の電源装置。