JP2007012487A

JP2007012487A - 電源装置

Info

Publication number: JP2007012487A
Application number: JP2005193068A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Aoki; 英明青木; Wataru Okada; 渉岡田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】振動に対する強度を向上しながら、円筒型電池を互いに接近して配置して、全体をコンパクトにする。バスバーが隣接する円筒型電池をショートするのを有効に防止する。
【解決手段】電源装置は、複数の円筒型電池１を直径方向に並べて、隣接する円筒型電池１を金属板からなるＬ字状のバスバー２で直列に接続している。バスバー２は、円筒型電池１の上端部に接続される上端連結部８と、この上端連結部８を連結している円筒型電池１に隣接して配置される円筒型電池１の外装缶４に接続される外装缶連結部９とからなり、上端連結部８と外装缶連結部９を互いに直交するように連結して全体の形状をＬ字状としている。バスバー２の外装缶連結部９は、２分岐された分岐アーム９Ａを有し、分岐アーム９Ａを互いに隣接する円筒型電池１の間に挟着することなく、円筒型電池１の谷間に配置して、円筒型電池１を互いに接近して配置してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の円筒型電池を直列に接続している電源装置に関し、とくに、車両用の電源に最適な電源装置に関する。

自動車走行用のモーターを駆動する車両用に使用される電源装置は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。駆動モーターの出力を大きくするためである。この種の用途に使用される電源装置は、たとえば、特許文献１に記載される。この公報に記載される電源装置は、複数の円筒型電池を直線状に連結して直列に接続して電池モジュールとし、この電池モジュールを水平な姿勢でケースに収納している。ケースには多数の電池モジュールが収納され、各々の電池モジュールはバスバーで直列に接続される。この構造の電池モジュールは、５ないし６本の円筒型電池を直線状に連結しているので、細長い形状となる。この形状の電池モジュールは、たとえば両端部をケースで挟着して保持する。ただ、複数の円筒型電池を連結している重くて細長い電池モジュールは、振動に対する連結部の強度を充分に強くするのが難しい。

この欠点を解消するために、円筒型電池を直径方向に並べてケースに収納する電源装置が開発されている。（特許文献２及び３参照）
特開平１０−２７００９５号公報特開平１０−２７５８９号公報特開２００２−１５７１６号公報

これらの公報に記載される電源装置は、円筒型電池を垂直姿勢として直径方向に並べ、隣接する円筒型電池を金属板をＬ字状としているバスバーで連結している。この構造の電源装置は、円筒型電池を垂直姿勢に配置するので、耐振動強度を向上できる。ただ、この配列の電源装置は、Ｌ字状のバスバーが隣接する円筒型電池の間に挟着されるので、円筒型電池を接近して配置できない欠点がある。とくに、大電流で充放電される車両用の電源装置は、接続部の電気抵抗を小さくするために、バスバーに厚い金属板が使用される。バスバーを挟着して配置される円筒型電池は、その間隔を狭く配置できず、全体の外形が大きくなる。さらに、隣接する円筒型電池がバスバーを挟着する電源装置は、バスバーと円筒型電池との絶縁材が振動で損傷されると短絡する弊害が発生する。それは、バスバーを一方の円筒型電池の外装缶から絶縁する必要があるからである。

本発明は、従来の電源装置が有する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、振動に対する強度を向上しながら、円筒型電池を互いに接近して配置して、全体をコンパクトにできる電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、バスバーが隣接する円筒型電池をショートするのを有効に防止できる電源装置を提供することにある。

本発明の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電源装置は、複数の円筒型電池１を直径方向に並べて、隣接する円筒型電池１を金属板からなるＬ字状のバスバー２で直列に接続している。バスバー２は、円筒型電池１の上端部に接続される上端連結部８と、この上端連結部８を連結している円筒型電池１に隣接して配置される円筒型電池１の外装缶４に接続される外装缶連結部９とからなり、上端連結部８と外装缶連結部９を互いに直交するように連結して全体の形状をＬ字状としている。バスバー２の外装缶連結部９は、２分岐された分岐アーム９Ａを有し、分岐アーム９Ａを互いに隣接する円筒型電池１の間に挟着することなく、円筒型電池１の谷間に配置して、円筒型電池１を互いに接近して配置してなる。

本発明の電源装置は、２分岐された分岐アーム９Ａを上端連結部８に連結することができる。本発明の電源装置は、バスバー２を、弾性変形できる金属板とすることができる。本発明の電源装置は、バスバー２に円筒型電池１の温度を検出する温度センサーを固定することができる。さらに、本発明の電源装置は、円筒型電池１に絶縁カバー７を設けて、隣接して配置している円筒型電池１を絶縁することができる。

さらに、本発明の電源装置は、複数の円筒型電池１を複数列に並べて配設すると共に、各列の円筒型電池１をバスバー２で直列に接続し、さらに隣接する列の円筒型電池１をバスバー２で直列に接続することができる。この電源装置は、各列の円筒型電池１を直列に接続するバスバー２の中心線（ｍ）に対して、隣接する列の円筒型電池１を直列に接続するバスバー２の中心線（ｎ）を互いに交差する方向に配置することができる。
ただし、本明細書において、「バスバーの中心線」とは、図２に示すように、隣接する円筒型電池を連結するバスバーのほぼ中央を通る直線であって、バスバーで連結される円筒型電池の中心を通る直線を意味するものとする。

本発明の電源装置は、振動に対する強度を向上しながら、円筒型電池を互いに接近して配置して、全体をコンパクトにできる特長がある。それは、本発明の電源装置が、複数の円筒型電池を直径方向に並べて、隣接する円筒型電池を金属板からなるＬ字状のバスバーで直列に接続しており、このバスバーを、円筒型電池の上端部に接続される上端連結部と、隣接して配置される円筒型電池の外装缶に接続される外装缶連結部とで構成すると共に、外装缶連結部に２分岐された分岐アームを設けて、この分岐アームを互いに隣接する円筒型電池の谷間に配置しているからである。本発明の電源装置は、バスバーの外装缶連結部を、従来のように円筒型電池の間に挟着する状態で配置するのではなく、外装缶連結部に２分岐した分岐アームを設けて、この分岐アームを互いに隣接する円筒型電池の谷間に配置して外装缶に接続する。この構造は、谷間のスペースに分岐アームを配置するので、円筒型電池の間に分岐アームを配置する隙間を設ける必要がなく、隣接する円筒型電池を互いに接近して配置できる。したがって、複数の円筒型電池を直径方向に並べて、振動に対する強度を向上する配列としながら、円筒型電池を互いに接近させて、全体をコンパクトにできる。

さらに、この構造の電源装置は、隣接する円筒型電池でバスバーを挟着しないので、バスバーに厚い金属板を使用しても、円筒型電池の間隔を広くすることなく配置できる。このため、バスバーに厚い金属板を使用して接続部の電気抵抗を小さくしながら、円筒型電池を互いに接近させて、全体をコンパクトにできる。

さらに、本発明の電源装置は、外装缶連結部の分岐アームを互いに隣接する円筒型電池の谷間に配置して外装缶に接続するので、隣接する円筒型電池の外装缶がバスバーに接触してショートするのを有効に防止できる特長がある。それは、互いに隣接する電池間の間隔が広くなる円筒型電池の谷間において、分岐アームを外装缶に接続するからである。この構造により、本発明の電源装置は、バスバーと円筒型電池との絶縁材が振動等で損傷されて発生する短絡等の弊害を有効に防止して使用時の安全性を向上できる。

さらに、本発明の請求項３の電源装置は、バスバーを弾性変形できる金属板としているので、弾性変形するバスバーで振動を吸収して耐振性を向上できる特長がある。

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電源装置を例示するものであって、本発明は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と図２に示す電源装置は、複数の円筒型電池１を直径方向に並べて、隣接する円筒型電池１を金属板からなるＬ字状のバスバー２で直列に接続して、ケース３に収納している。円筒型電池１は、垂直に立てる姿勢で互いに接近して配置される。図１の電源装置は、円筒型電池１を２列に並べ、１列に５本の円筒型電池１を並べている。２列に並んで配列される複数の円筒型電池１は、図において右端に位置する円筒型電池１同士をバスバー２で連結して、互いに直列に接続している。電源装置は、図に示すように、複数の円筒型電池１を水平面内において縦横に並べて配置することができる。車両用の電源装置は、多数の円筒型電池１をケース３に収納して、出力電圧を高くする。

円筒型電池１はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は出力電圧が高いので、直列に接続する個数を少なくして、電源装置の出力電圧を高くできる。車両用の電源装置は、たとえば、円筒型電池１を直列に接続する個数をコントロールして、出力電圧を１００〜３００Ｖとする。本発明の電源装置は、円筒型電池をリチウムイオン二次電池に特定しない。円筒型電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の全ての二次電池とすることができる。

垂直姿勢で横に並べている円筒型電池１は、外装缶４の開口部を封口板５で閉塞したものである。封口板５と外装缶４を正極と負極としている。図の円筒型電池１は、バスバー２を連結する出力端子６を封口板５に設けている。出力端子６は、ボルト６Ａをナット６Ｂで固定している。突出するボルト６Ａにバスバー２が連結される。

さらに、図の円筒型電池１は、隣の円筒型電池１と絶縁する絶縁カバー７を設けている。互いに直列に接続される円筒型電池１は、隣接する円筒型電池１の外装缶４との間に電位差ができる。また、図１と図２に示すように、円筒型電池１を複数列に配列すると、各列間の円筒型電池１の外装缶４に大きな電位差ができる。このため、円筒型電池１の外装缶４は、互いに絶縁して配置する必要がある。図１と図２の円筒型電池１は、上端部を円筒状の絶縁カバー７で絶縁している。絶縁カバー７は、円筒型電池１の端部を挿入できるキャップ状にプラスチック等の絶縁材を成形したもの、あるいは、円筒型電池１の端部を挿入するプラスチックチューブ、あるいは円筒型電池１の端部を挿入して収縮させる熱収縮チューブ等である。

円筒型電池１は、ケース３の内面に設けた嵌着凹部（図示せず）に下端を入れて、下部が隣接する円筒型電池１に接触するのを防止する。また、円筒型電池は、プラスチック等の絶縁材を成形しているホルダー（図示せず）に下端を入れて、互いに接触しないように配列することもできる。下端をケース３やホルダーでもって、互いに離して定位置に配列する電源装置は、円筒型電池１の上端部のみを絶縁して、互いに接触してショートしないように配列できる。また、図示しないが、バスバーでもって、円筒型電池の上端部が互いに接触しないように連結し、下端部をケースやホルダーで離して配置する電源装置は、円筒型電池を絶縁することなく、ショートしないように配置できる。ただ、円筒型電池は、バスバーの連結部を除く部分を絶縁カバーで被覆することもできる。この円筒型電池は、互いに接触してもショートしない特徴がある。さらに、バスバーを連結する状態で、バスバーの外装缶溶着部をカバーするように、絶縁カバーで円筒型電池の全周面を被覆することもできる。

円筒型電池１は、ケース３の底板の上に載せられて、ケース３でもって同一水平面に垂直姿勢に並べられて、バスバー２で直列に連結される。バスバー２は、金属板を全体の形状がＬ字状となるように折曲加工したものである。Ｌ字状のバスバー２は、一端を封口板５に、他端を外装缶４に接続して、円筒型電池１を直列に接続する。

図５と図６に示すバスバー２は、円筒型電池１の上端部の封口板５に接続される上端連結部８と、この上端連結部８を連結している円筒型電池１に隣接して配置される円筒型電池１の外装缶４に接続される外装缶連結部９とからなる。バスバー２は、上端連結部８と外装缶連結部９を互いに直交するように連結する形状として、全体をＬ字状としている。

バスバー２の外装缶連結部９は、２分岐された分岐アーム９Ａである。分岐アーム９Ａは、図７と図８に示すように、円筒型電池１の谷間に配置されて、隣接する円筒型電池１の間に挟着される位置に配置されない。この構造は、円筒型電池１の間に、分岐アーム９Ａを配置する隙間を設ける必要がない。隣接する円筒型電池１を互いに接近して配置してできる谷間のスペースに分岐アーム９Ａを配置するからである。

図のバスバー２は、２本の分岐アーム９Ａの上端をＬ字状に折曲して、折曲端を上端連結部８に連結する形状としている。このバスバー２は、弾性変形できる金属板で製作して、耐振性を向上できる。バスバー２が弾性変形して振動を吸収するからである。弾性変形できるバスバー２は、たとえば、鉄や鉄合金の表面を、銅、ニッケル、クローム等のメッキをした金属板を使用する。ただし、バスバーには、銅や銅合金を使用し、さらにその表面をメッキして、電気抵抗を小さくすることもできる。

バスバー２は、抵抗溶接であるスポット溶接で外装缶４に連結される。図のバスバー２は、外装缶連結部９の下端部に、外装缶４の表面に抵抗溶接する接続片１０を設けている。接続片１０は、所定の幅と長さを有し、かつ外装缶４の表面に沿う形状に湾曲されている。この接続片１０は、分岐アーム９Ａの内側からＶ字状に折曲されて、外装缶４の表面に沿うようにしている。このバスバー２は、接続片１０をスポット溶接して、外装缶４に接続される。

上端連結部８は、円筒型電池１の封口板５に設けている出力端子６に連結される。図の上端連結部８は、出力端子６のボルト６Ａの貫通孔８Ａを設けている。この上端連結部８は、貫通孔８Ａにボルト６Ａを挿通し、ボルト６Ａにナット（図示せず）を締め付けて、出力端子６に接続される。この構造は、図５に示すように、外装缶連結部９の分岐アーム９Ａを円筒型電池１に連結し、円筒型電池１に連結されたバスバー２の上端連結部８の貫通孔８Ａに、隣接する円筒型電池１のボルト６Ａを挿通する状態で円筒型電池１を並べ、ボルト６Ａにナットを締め付けて、円筒型電池１を特定の配列に固定できる。バスバー２の一端をボルト６Ａとナットで円筒型電池１に連結している電源装置は、ナットを外して円筒型電池１を分離できる。このため、メンテナンスのときに、特定の円筒型電池１を交換できる。また、簡単に能率よく組み立てできる特徴もある。ただし、バスバー２の上端連結部８は、抵抗溶接やレーザー溶接等の方法で溶着して封口板５に連結することができる。上端連結部が溶着される円筒型電池は、出力端子を設けることなく、封口板に直接に溶着することもできる。

バスバー２で連結される複数の円筒型電池１は、たとえば、図３に示すように、直線状に連結されて互いに直列に接続される。さらに、直線状に連結された複数の円筒型電池は、複数列に並べて配設すると共に、隣接する列の円筒型電池１をバスバー２で直列に接続することができる。図１と図２に示す電源装置は、直線状に連結された複数の円筒型電池１を２列を平行に並べると共に、列の端に位置する円筒型電池１同士をバスバー２で連結して、全ての円筒型電池１を直列に接続している。

図の電源装置は、複数列に配列された円筒型電池１の接続部である列の端において、各列の円筒型電池１を直列に接続するバスバー２と、隣接する列の円筒型電池１を直列に接続するバスバー２とを異なる向きに配設している。すなわち、図２において、各列の円筒型電池１を直列に接続するバスバー２の中心線（ｍ）に対して、隣接する列の円筒型電池１を直列に接続するバスバー２の中心線（ｎ）を互いに交差する方向に配置している。図の電源装置は、中心線（ｍ）と中心線（ｎ）が互いに直交するように複数の円筒型電池１を連結して、直列に接続される円筒型電池１を直角方向に並べて連結している。ただ、電源装置は、図示しないが互いに隣り合う中心線同士が直角以外の角度となるように複数の円筒型電池を連結することもできる。

このように、バスバー２の中心線を交差する状態で複数列の円筒型電池を連結する構造は、複数列の円筒型電池１を非直線状に連結できるので、複数列の円筒型電池１の接続方向を高い自由度として種々の形状に配列にできる特長がある。複数の円筒型電池を直列に接続しながら種々の形状に配列にできる電源装置は、電池の収納スペースに対応して種々の形状に配列できるので、車両の電源装置のように、多数の円筒型電池を決められた収納スペースに配設する用途に最適に利用できる。

バスバー２で連結された円筒型電池１は、ケース３に収納される。ケース３は、図示しないが、底板の上面に、円筒型電池１の下端部を嵌入して、円筒型電池１を定位置に配置する嵌着凹部を設けている。

さらに、図９と図１０に示すバスバー２は、円筒型電池１の温度を検出する温度センサー１１を固定している。温度センサー１１は、たとえば、サーミスタである。サーミスタである温度センサー１１は、バスバー２を介して熱電導される円筒型電池１の温度を、抵抗値の変化として検出する。ただ、温度センサーには、サーミスタに代わって、温度を電気的に検出できる全ての素子を使用できる。図のバスバー２は、上端連結部８の上面に温度センサー１１を固定している。温度センサー１１は、熱伝導に優れた接着剤を介して上端連結部８に接着している。このように、上端連結部８の上面に温度センサー１１を配置する構造は、外装缶の表面に温度センサーを貼り付ける従来の構造に比較して、温度センサー１１の配線（図示せず）を容易にできる特長がある。さらに、バスバー２に配置される温度センサー１１で円筒型電池１の温度を検出する構造は、ひとつの温度センサー１１で２個の円筒型電池１の温度を検出するので、温度センサー１１の数を半減できる特長もある。

さらに、図９と図１０に示すバスバー２は、上端連結部８の上面に、温度センサー１１を案内する凹部１２を設けており、この凹部１２に温度センサー１１を配置している。このように、凹部１２に温度センサー１１を配置して固定する構造は、温度センサー１１を正確な位置に位置決めしながら配置できると共に、振動等によって、温度センサー１１の位置がずれるのを有効に防止できる特長がある。

本発明の一実施例にかかる電源装置の概略斜視図である。図１に示す電源装置の平面図である。図１に示す電源装置の円筒型電池の連結状態を示す正面図である。円筒型電池にバスバーを連結した状態を示す正面図である。円筒型電池にバスバーを連結した状態を示す斜視図である。バスバーの斜視図である。隣接する円筒型電池をバスバーで連結する状態を示す平面図である。隣接する円筒型電池をバスバーで連結する状態を示す底面図である。バスバーの他の一例を示す斜視図である。図９に示すバスバーで隣接する円筒型電池を連結する状態を示す正面図である。

符号の説明

１…円筒型電池
２…バスバー
３…ケース
４…外装缶
５…封口板
６…出力端子６Ａ…ボルト
６Ｂ…ナット
７…絶縁カバー
８…上端連結部８Ａ…貫通孔
９…外装缶連結部９Ａ…分岐アーム
１０…接続片
１１…温度センサー
１２…凹部

Claims

複数の円筒型電池(1)を直径方向に並べて、隣接する円筒型電池(1)を金属板からなるＬ字状のバスバー(2)で直列に接続しており、
バスバー(2)は、円筒型電池(1)の上端部に接続される上端連結部(8)と、この上端連結部(8)を連結している円筒型電池(1)に隣接して配置される円筒型電池(1)の外装缶(4)に接続される外装缶連結部(9)とからなり、上端連結部(8)と外装缶連結部(9)を互いに直交するように連結して全体の形状をＬ字状としてなる電源装置において、
バスバー(2)の外装缶連結部(9)が、２分岐された分岐アーム(9A)を有し、分岐アーム(9A)を互いに隣接する円筒型電池(1)の間に挟着することなく、円筒型電池(1)の谷間に配置して、円筒型電池(1)を互いに接近して配置してなる電源装置。
２分岐された分岐アーム(9A)を上端連結部(8)に連結している請求項１に記載される電源装置。
バスバー(2)が弾性変形できる金属板である請求項１に記載される電源装置。
バスバー(2)に円筒型電池(1)の温度を検出する温度センサー(11)を固定している請求項１に記載される電源装置。
円筒型電池(1)に絶縁カバー(7)を設けて、隣接して配置している円筒型電池(1)を絶縁している請求項１に記載される電源装置。
複数の円筒型電池(1)を複数列に並べて配設すると共に、各列の円筒型電池をバスバー(2)で直列に接続し、さらに隣接する列の円筒型電池(1)をバスバー(2)で直列に接続しており、各列の円筒型電池(1)を直列に接続するバスバー(2)の中心線（ｍ）に対して、隣接する列の円筒型電池(1)を直列に接続するバスバー(2)の中心線（ｎ）を互いに交差する方向に配置している請求項１に記載される電源装置。