JP2005353547A

JP2005353547A - 電源装置

Info

Publication number: JP2005353547A
Application number: JP2004176054A
Authority: JP
Inventors: Ryosaku Izawa; 亮策伊澤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22

Abstract

【課題】製造工程が複雑になったり、コストの高騰を招くことなく、止めネジをねじ込むときに、ナットが凹部内で空回りしてしまうことがない電源装置を提供する。
【解決手段】ケース１０と、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０と、電池モジュール２０の両端に、電池端面に対して垂直に突出した出力端子３０と、隣接する電池モジュール２０の出力端子３０どうしを連結するための止めネジ４５及びナット４１とを備え、電池モジュール２０がケース１０に収納されて、出力端子３０の貫通孔３２を挿通した止めネジ４５がケース１０の凹部５４に嵌入されたナット４１にねじ込まれて、隣接する電池モジュール２０が連結されてケース１０に収納された電源装置において、前記ナット４１の外形が矩形状であり、凹部５４の内形がナット４１の外形に対応した矩形状であり、凹部５４がナット４１の回り止め機構を有する。
【選択図】図１６

Description

本発明は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に搭載される電源装置に関する。

二次電池を直線状に連結している電池モジュールをケースに収納している電源装置は、電動車両のように大出力が要求される電源装置として使用される。この種の電源装置は、図１に示すように、ケース１０と、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０と、電池モジュール２０の両端に、電池端面に対して垂直に突出した出力端子３０とを備えている。そして、隣接する電池モジュール２０の出力端子３０はバスバー４０を介して止めネジ４５及びナット４１とによって連結されている。電池モジュール２０はケース１０に収納されて、出力端子３０の貫通孔３２を挿通した止めネジ４５がケース１０の凹部５４に挿入されたナット４１にねじ込まれて、隣接する電池モジュール２０がバスバー４０を介して連結されてケース１０に収納されている（特許文献１参照）。
特開２００３−２２９１０６号公報この公報に記載される電源装置は、バスバー４０とナット４１とがあらかじめ一体に固定されている。ケース１０にはバスバー４０の嵌入部５０が設けられており、ここにバスバー４０を嵌入させるとともに、バスバー４０に固定されたナット４１を凹部５４に挿入し、バスバー４０及びナット４１がケース１０に位置決めされる。この構造は、止めネジ４５をねじ込むときに、ナット４１がバスバー４０に固定され、バスバー４０が嵌入部５０に嵌っているので、ナット４１が空回りしてしまうことがない。

しかしながら、バスバー４０とナット４１とが一体に固定しているために、両者を連結するための構造が必要である。例えば、両者を溶接したり、あるいはナット４１をプレス加工等により変形させてバスバー４０にかしめつける等の構造が必要である。このため、製造工程が複雑になったり、コストの高騰を招くなどの問題があった。

一方、バスバー４０とナット４１とをあらかじめ固定しない場合を考えても、ナット４１は凹部５４に挿入されるが、このとき、凹部５４は内形が円柱状に形成されているので、止めネジ４５をねじ込むときに、ナット４１が凹部５４内で空回りしてしまうという問題がある。

本発明は、これらの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、製造工程が複雑になったり、コストの高騰を招くことなく、止めネジをねじ込むときに、ナットが凹部内で空回りしてしまうことがない電源装置を提供するものである。

本発明の電源装置は、ケース１０と、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０と、電池モジュール２０の両端に、電池端面に対して垂直に突出した出力端子３０と、隣接する電池モジュール２０の出力端子３０どうしを連結するための止めネジ４５及びナット４１とを備え、電池モジュール２０がケース１０に収納されて、出力端子３０の貫通孔３２を挿通した止めネジ４５がケース１０の凹部５４に嵌入されたナット４１にねじ込まれて、隣接する電池モジュール２０が連結されてケース１０に収納された電源装置において、前記ナット４１を嵌入する凹部５４がナット４１の回り止め機構を有することを特徴とする。

また、前記ナット４１の外形が矩形状であり、凹部５４の内形がナット４１の外形に対応した矩形状であることを特徴とする。

さらに、隣接する電池モジュール２０の出力端子３０は、バスバー４０を介して連結され、バスバー４０とナット４１とが別部品で、止めネジ４５が出力端子３０とバスバー４０とを挟んでナット４１にねじ込まれることを特徴とする。

この発明によれば、ナット４１を嵌入する凹部５４がナット４１の回り止め機構を有しているので、従来のように、ナット４１をあらかじめバスバー４０に固定する必要がない。このため、ナット４１をバスバーに固定する構造が不要になったり、そのための製造コストを低減することができる。

また、このとき、ナット４１を矩形状にするととも、凹部５４の内形もナット４１の外形に対応した矩形状にする。例えば、ナット４１の外形を六角柱状にすれば、屈曲した各面によってその回り止め機構を実現することができる。

ここで、外形が六角柱状のナット４１は、通常、市販されている汎用品を用いることができるので、特別な加工や専用設計が不要となってコストを低減することができる。

さらに、隣接する電池モジュール２０の出力端子３０をバスバー４０を介して連結する場合でも、バスバー４０とナット４１とが別部品にして、ナット４１の回り止めを防止できる。この場合でも、従来のように、ナット４１をあらかじめバスバー４０に固定する必要がなく、バスバー４０の加工は金属板のプレス加工で簡単に行えるとともに、ナット４１も汎用品を用いることができ、簡単な構造でコストを低減しながら、ナットの回り止めを防止することができる。

図２〜図４の電源装置は、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０をケース１０に収納して、隣接する電池モジュール２０をバスバー４０で直列に接続している。ケース１０は、上ケース１１と下ケース１２を備える。図２は電源装置の横断面図を、図３は縦断面図を、図４は上ケース１１を除いた平面図をそれぞれ示している。これらの図の電源装置は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に使用される。ただ、本発明の電源装置は、電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用できる。図の電池モジュールは、図５に示すように、円筒型電池である二次電池２１を直線状に連結して直列に接続している。ただし、電池モジュールは、角型電池も使用できる。

二次電池２１は、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池を使用することができる。ただ、電動車両用の組電池に使用される二次電池には、ニッケル−水素電池が適している。体積と重量に対する出力が大きくて、優れた大電流特性を有するからである。

二次電池２１は、図６の断面図に示すように、外装缶２５の開口部を封口板２３で気密に密閉している。外装缶２５と封口板２３は金属板である。外装缶２５は、金属板を底のある筒状にプレス成形して製作される。封口板２３は、中央に凸部電極２２を溶接している。外装缶２５の内部には、電極（図示せず）が内蔵される。さらに、電解液も充填される。外装缶２５は、開口部の端部をかしめ加工して封口板２３を気密に固定している。封口板２３は、ガスケット１９を介して外装缶２５のかしめ部に挟着されて気密に固定される。ガスケット１９は絶縁材のゴム状弾性体で、封口板２３と外装缶２５とを絶縁すると共に、封口板２３と外装缶２５との隙間を気密に閉塞する。封口板２３の周縁にはカシメ凸条２４が設けられる。この二次電池２１は、封口板２３を第１の電極として、外装缶２５を第２の電極としている。ニッケル−水素電池は、第１の電極を正極として第２の電極を負極としている。二次電池は、第１の電極を負極として第２の電極を正極とすることもできる。

電池モジュール２０は、図６に示すように、二次電池２１の間に接続体２６を配設しており、接続体２６を介して直列に接続している。図の電池モジュール２０は、一方の二次電池２１の封口板２３と他方の二次電池２１の外装缶２５とを接続体２６で接続している。接続体２６は、金属板をプレス成形したもので、対向して配設される二次電池２１の電池端面に溶接して接続されて、二次電池２１を直列に電気接続する。図７と図８は接続体２６を示しており、図７は平面図、図８は断面図である。これ等の接続体２６は、金属板を穴のあるリング状に成形して、両面に突出して電池端面に溶接される複数の溶接凸部２７を設けている。両面に突出している溶接凸部２７は、対向する電池端面に溶接されて、隣接して配設している二次電池２１を直列に接続する。図の接続体２６は、中心孔２８を設けて、ここに凸部電極２２を配設している。

図７と図８に示す接続体２６は、図６に示すように、電池端面に設けられているカシメ凸条２４の内形よりも外形を小さくしている。二次電池２１は、封口板２３を第１の電極、外装缶２５を第２の電極としているので、封口板２３に接続される接続体２６が外装缶２５の一部であるカシメ凸条２４に接触するとショートする。この接続体２６は、外周縁とカシメ凸条２４との間に隙間を設けて、接続体２６がカシメ凸条２４に接触してショートするのを阻止している。接続体２６は、位置がずれるとカシメ凸条２４に接触するので、接続体２６を保持キャップ２９で定位置に保持している。この接続体２６は、同一の円周上に複数の溶接凸部２７を設けている。溶接凸部２７は、交互に反対面、図８において上下に突出している。反対面に突出する溶接凸部２７は、対向して配設される電池端面に溶接して接続される。

電池モジュール２０は、その両端に、電池端面に対して垂直に突出している金属板の出力端子３０を固定している。隣接する電池モジュール２０の出力端子３０は、金属板のバスバー４０に連結される。バスバー４０は、電池モジュール２０を直列に接続する。電池モジュール２０は、バスバー４０に連結される状態で、ケース１０に収納される。

図９〜図１４は、電池モジュール２０の両端に接続される出力端子３０を示す。図９〜図１１に示す出力端子３０と、図１２〜図１４に示す出力端子３０は形状が異なる。形状が異なる出力端子３０は、電池モジュール２０の正負の電池端面に固定される。この電池モジュール２０は、正負の両端に形状が異なる出力端子３０を固定しているので、正負を間違いなくケース１０に収納できる。

以上の図に示す出力端子３０は、電池端面に溶接される固定プレート３５を有する。固定プレート３５は、出力端子３０をバスバー４０に連結する本体部３１に対して垂直な姿勢である。固定プレート３５のある出力端子３０は、電池モジュール２０の電池端面に溶接してしっかりと固定できる。ただ、出力端子は、必ずしも固定プレートを設ける必要はない。金属板を所定の形状に切断してなる平面状の出力端子は、その側縁を電池端面に溶接して固定することもできるからである。図に示すように、固定プレート３５と本体部３１からなる出力端子３０は、直角に折曲された２枚の金属片を、本体部３１で２枚に重ねて溶接して連結している。各々の金属片は、金属板を直角に折曲して、固定プレート３５と本体部３１とを構成する。２枚の金属片は、２枚を本体部３１で重ねて溶接して固定することにより、円形の固定プレート３５を構成する形状としている。固定プレート３５と本体部３１の境界で直角に折曲している２枚の金属片を溶接して製作される出力端子３は、安価に多量生産できる。また、本体部と固定プレートとを金属板で製作して、その境界で溶接する構造に比較して、本体部３１と固定プレート３５との境界の曲げ強度を強くできる。

電池モジュール２０の正負に固定される出力端子３０の固定プレート３５は形状が異なる。図９〜図１１の出力端子３０は、図１１の断面図で示すように、二次電池２１の凸部電極２２側に溶接して固定される。この出力端子３０は、固定プレート３５を、二次電池２１の第１の電極である封口板２３に溶接して固定される。封口板２３に接続される固定プレート３５は、外装缶２５の一部であるカシメ凸条２４に接触するとショートする。このため、この出力端子３０は、固定プレート３５の外形を二次電池２１のカシメ凸条２４の内形よりも小さくしている。固定プレート３５がカシメ凸条２４に接触しないようにするためである。さらに、この固定プレート３５は、電池端面の凸部電極２２を挿入する中心孔３６を開口している。この出力端子３０は、固定プレート３５の中心孔３６に凸部電極２２を案内し、固定プレート３５を電池端面の封口板２３に溶接して固定される。

図１２〜図１４の出力端子３０は、図１４の断面図に示すように、二次電池２１の平面電極側に溶接して固定される。この出力端子３０は、固定プレート３５の外形を二次電池２１の電池端面の外形よりもわずかに小さくしている。この出力端子３０は、固定プレート３５を二次電池２１の第２の電極である外装缶２３の底面に溶接して固定される。

出力端子３０は、バスバー４０を連結する止ネジ４５を挿通するための貫通孔３２を本体部３１に設けている。この貫通孔３２は、図９と図１３に示すように、電池モジュール２０の縦方向に伸びる細長い長孔として、電池モジュール２０の長さのばらつきを吸収しながらバスバー４０に連結するようにしている。さらに、図９の出力端子３０は、本体部３１の両側縁に凸部３３を設け、図１３の出力端子３０は、本体部３１の両側縁に凹部３４を設けている。本体部３１の凸部３３と凹部３４は、ケース１０に設けた嵌入部５０に嵌着される。

電池モジュール２０の両端に固定される出力端子３０は、図１５に示すように、２本の電池モジュール２０を直線状に連結できる位置に本体部３１を設けている。この電池モジュール２０は、複数本を直線状に直列に接続できる。２本の電池モジュール２０を直線状に連結する場合は、バスバー４０を用いず、各電池モジュール２０の出力端子３０どうしを直接連結することができる。

ケース１０は、複数の電池モジュール２０を、同一平面に平行に並べて収納している。このケース１０は、上ケース１１と下ケース１２からなり、上ケース１１と下ケース１２で電池モジュール２０を挟んで定位置に保持している。上ケース１１と下ケース１２は、図示しないが、ネジとナットで脱着できるようにしっかりと連結している。図２と図３に示す上ケース１１と下ケース１２は、電池モジュール２０の電池部を案内する案内溝１３を対向する内面に設けており、さらに電池モジュール２０の両端の出力端子３０とバスバー４０を挟着する嵌入部５０を両側の側壁に設けている。

下ケース１２の側壁に設けられる、出力端子３０とバスバー４０の嵌入部５０の詳細な斜視図を図１６に示している。嵌入部５０は、側壁の表面に設けた凹部で、これ等の図に示す嵌入部５０は、バスバー４０を嵌入するバスバー嵌入部５１と、出力端子３０の本体部３１を嵌入する端子嵌入部５２とを設けている。端子嵌入部５２は、バスバー嵌入部５１の上方に設けている。

バスバー嵌入部５１は、その内形をバスバー４０の外形にほぼ等しく、ないしはわずかに大きくして、バスバー４０を位置ずれしないように嵌入している。バスバー嵌入部５１は、途中で段差４２ができるように折曲しているバスバー４０を嵌入できるように、底面に段差５３を設けている。バスバー４０の途中に段差４２を設けているのは、図１５に示すように、電池モジュール２０を直線状に連結するために、電池モジュール２０の中心からわずかにずらせている正負の出力端子３０を隙間なく連結するためである。さらにバスバー嵌入部５１は、ナット４１を入れる凹部５４を底部に設けている。

ここで、ナット４１は、止めネジ４５をねじ込むためのねじ孔が中心にあけられてその内壁にねじが切ってある。そして外形は六角柱状に形成されており、市販の汎用品を使用することができる。一方、凹部５４は、ナット４１が収まるように、ナット４１の外形に応じて、凹部５４の内形も六角柱状に形成されている。このとき、ナット４１の外形と凹部５４の内形の各面間が屈曲しているので、止めネジ４５をねじ込んだときにナット４１が空回りしてしまうことを防止する。外形が六角柱状のナット４１は、通常、市販されている汎用品を用いることができるので、特別な加工や専用設計が不要となってコストを低減することができる。ただ、ナット４１の外形と凹部５４の内形は、六角柱状に限定されず、矩形の部分をもった他の形状でも同様の効果が得られる。

端子嵌入部５２は、長さに誤差のある電池モジュール２０の出力端子３０を嵌入できる構造としている。この端子嵌入部５２は、バスバー４０に連結される一対の出力端子３０を嵌入できる内形とし、かつ、最も長い電池モジュール２０に固定している出力端子３０の本体部３１を嵌入できる内形としている。さらに、端子嵌入部５２は、正負の出力端子３０の本体部３１に設けている凸部３３と凹部３４に嵌入される係止部５５を内周縁に設けている。本体部３１の凸部３３に嵌入される係止部５５は凹部形状とし、本体部３１の凹部３４に嵌入される係止部５５は凸部形状としている。この係止部５５は、電池モジュール２０の縦方向に遊びのある形状として、長さに寸法誤差のある電池モジュール２０の出力端子３０を嵌入できるようにしている。さらに、端子嵌入部５２は、一対の端子の間に凸条５６を設けている。この凸条５６は、出力端子３０の本体部３１に設けている凸部３３を係止できるようにしている。

上ケース１１と下ケース１２に設けている案内溝１３は、その内形を電池モジュール２０の電池部の外形よりもわずかに大きくしている。案内溝１３の内面と電池モジュール２０の表面との間に、冷却空気を通過させる冷却隙間１４を設けるためである。さらに、上ケース１１と下ケース１２は、案内溝１３の底部に換気穴１５を開口している。換気穴１５からケース１０に換気される冷却空気は、冷却隙間１４に送風される。冷却隙間１４を通過する空気は、電池モジュール２０の表面を流れて電池モジュール２０を冷却する。

以上の構造の電源装置は、以下のようにして組み立てられる。
（１）電池モジュール２０の両端に出力端子３０を溶接して固定する。電池モジュール２０は、正負の両端に異なる形状の出力端子３０を固定する。
（２）下ケース１２のバスバー嵌入部５１にバスバー４０を入れるとともに、ナット４１をバスバー嵌入部５１の凹部５４に入れる。この状態で、バスバー４０は、下ケース１２の定位置に嵌入される。
（３）下ケース１２の案内溝１３に電池モジュール２０を入れて平行に並べる。このとき、電池モジュール２０は、出力端子３０をバスバー４０の上に載せる。
（４）出力端子３０の貫通孔３２に止ネジ４５を挿通し、この止ネジ４５をナット４１にねじ込んで出力端子３０をバスバー４０に連結する。下ケース１２に収納している電池モジュール２０は、隣接する出力端子３０をバスバー４０で連結して、互いに直列に接続される。
（５）下ケース１２に上ケース１１を重ねて、上ケース１１を下ケース１２に止ネジ（図示せず）で連結する。この状態で、電池モジュール２０は、上ケース１１と下ケース１２に挟まれて定位置に保持される。

従来の電源装置の分解斜視図本発明の一実施例にかかる電源装置の横断面図図２に示す電源装置の縦断面図図２に示す電源装置の上ケースを除いた状態を示す平面図電池モジュールの斜視図図５に示す電池モジュールの電池の連結構造を示す拡大断面図図６に示す電池モジュールの接続体を示す平面図図７に示す接続体のＡ−Ａ線断面図電池モジュールの一方の端面に接続される出力端子の斜視図図９に示す出力端子の平面図図１０に示す出力端子のＡ−Ａ線断面図電池モジュールの他方の端面に接続される出力端子の正面図図１２に示す出力端子のＡ−Ａ線断面図図１２に示す出力端子のＢ−Ｂ線断面図２本の電池モジュールを連結する状態を示す側面図図４に示す電源装置の分解斜視図

符号の説明

１０…ケース
１１…上ケース
１２…下ケース
１３…案内溝
１４…冷却隙間
１５…換気穴
１９…ガスケット
２０…電池モジュール
２１…電池
２２…凸部電極
２３…封口板
２４…カシメ凸条
２５…外装缶
２６…接続体
２７…溶接凸部
２８…中心孔
２９…保持キャップ
３０…出力端子
３１…本体部
３２…貫通孔
３３…凸部
３４…凹部
３５…固定プレート
３６…中心孔
４０…バスバー
４１…ナット
４２…段差
４５…止ネジ
５０…嵌入部
５１…バスバー嵌入部
５２…端子嵌入部
５３…段差
５４…凹部
５５…係止部
５６…凸条

Claims

ケース（１０）と、複数の電池（２１）を直線状に連結している複数の電池モジュール（２０）と、電池モジュール（２０）の両端に、電池端面に対して垂直に突出した出力端子（３０）と、隣接する電池モジュール（２０）の出力端子（３０）どうしを連結するための止めネジ（４５）及びナット（４１）とを備え、電池モジュール（２０）がケース（１０）に収納されて、出力端子（３０）の貫通孔（３２）を挿通した止めネジ（４５）がケース（１０）の凹部（５４）に嵌入されたナット（４１）にねじ込まれて、隣接する電池モジュール（２０）が連結されてケース（１０）に収納された電源装置において、
前記ナット（４１）を嵌入する凹部（５４）がナット（４１）の回り止め機構を有することを特徴とする電源装置。
前記ナット（４１）の外形が矩形状であり、凹部（５４）の内形がナット（４１）の外形に対応した矩形状であることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
隣接する電池モジュール（２０）の出力端子（３０）は、バスバー（４０）を介して連結され、バスバー（４０）とナット（４１）とが別部品で、止めネジ（４５）が出力端子（３０）とバスバー（４０）とを挟んでナット（４１）にねじ込まれることを特徴とする請求項１記載の電源装置。