JP2007234369A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】全体構造を簡素化して部品コストを低減し、安価に多量生産する。多数の電池をしっかりと定位置に収納しながら、全体を軽量にする。
【解決手段】組電池は、複数の電池１をバッテリボックス２の定位置に固定している。バッテリボックス２は、カバープレート３及びベースプレート４と、複数本のボルト５と、電池１を上下で挟着して定位置に配置する挟着バー６とを備える。バッテリボックス２は、カバープレート３とベースプレート４との間に、電池１を複数段、複数列に収納すると共に、各段に複数列に配設される電池１を一対の挟着バー６で挟着して定位置に配設している。一対の挟着バー６は、電池１を挟着する対向縁に嵌着凹部７を設けており、両端の貫通孔８をボルト５に挿通して、ボルト５を介して定位置に固定されている。バッテリボックス２は、複数対の挟着バー６をボルト５に挿通して、電池１を複数段に積層して定位置に配置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、多数の電池をバッテリボックスに収納している組電池に関し、とくに車両に搭載されて車両を走行させるモーターに電力を供給する車両用の電源装置に最適な組電池に関する。

多数の電池をバッテリボックスに収納する組電池は、主として車両に搭載される。この組電池は、車両を走行させるモーターに電力を供給する。また、この組電池は、５〜６個のニッケル水素電池を直列に接続して電池モジュールとし、多数の電池モジュールを複数段、複数列に並べてバッテリボックスに収納している。

この構造の組電池は、電池モジュールを直列に接続して出力電圧を高くしている。バッテリボックスの定位置に配置される電池モジュールは、振動や衝撃に耐える構造で定位置に配置される。また、出力を大きくすることから、１本の電池モジュールは相当な重量となる。したがって、バッテリボックスは、重い電池モジュールをしっかりと定位置に保持する必要がある。多数の電池モジュールをしっかりと定位置に配置するために、頑丈な２枚のプレートからなるバッテリホルダーで電池モジュールを挟着する組電池が開発されている（特許文献１参照）。
特開２００４−３１２４８号公報

特許文献１に記載される組電池は、プラスチック製のバッテリホルダーの対向面を、電池モジュールに沿う形状に成形している。すなわち、複数列の電池モジュールを案内できるＵ字状の溝を複数列に設けて、溝に電池モジュールを案内している。さらに、バッテリホルダーを金属製の外ケースに収納している。この構造の組電池は、バッテリホルダーとこれを収納する頑丈な金属板の外ケースからなるので、全体の重量が相当に重くなる。たとえば、５．６Ａｈのニッケル水素電池を５本直線状に連結して電池モジュールとし、この電池モジュールを５０本収納する組電池は、電池を除く重量が４０ｋｇと極めて重くなる。また、大きな板状で複雑な形状に成形しているバッテリホルダーは、製造コストも極めて高くなる。したがって、特許文献１に記載される組電池は、製造コストが高くて重くなる欠点がある。車両に搭載される組電池は、頑丈な構造としながら、軽く安価に多量生産できることが極めて大切である。

本発明は、このことを実現することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、全体構造を極めて簡素化すると共に、部品コストを低減し、また、組み立ても簡単にして、安価に多量生産できる組電池を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、多数の電池をしっかりと定位置に収納しながら、全体を軽量にできる組電池を提供することにある。

本発明の組電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
組電池は、複数の電池１と、各々の電池１を定位置に固定しているバッテリボックス２とを備える。バッテリボックス２は、収納される電池１の上と下に配設されるカバープレート３及びベースプレート４と、このカバープレート３とベースプレート４を連結する複数本のボルト５と、このボルト５に両端部を挿通して連結され、かつ電池１を上下で挟着して定位置に配置する挟着バー６とを備える。バッテリボックス２は、カバープレート３とベースプレート４との間に、電池１を複数段、複数列に収納すると共に、各段に複数列に配設される電池１を一対の挟着バー６で挟着して、電池１を定位置に配設している。一対の挟着バー６は、電池１を挟着する対向縁に電池１を案内する嵌着凹部７を電池１の間隔と同じピッチで複数設けている。さらに、一対の挟着バー６は、両端の貫通孔８をボルト５に挿通して、ボルト５を介して定位置に固定されている。さらに、一対の挟着バー６は、電池１の少なくとも両端部を挟着して定位置に配置している。バッテリボックス２は、複数対の挟着バー６をボルト５に挿通して、複数対の挟着バー６で電池１を複数段に積層して定位置に配置している。

一対の挟着バー６は、両端に設けている貫通孔８の間に、３〜６個の嵌着凹部７を設けて、各々の嵌着凹部７に電池１を案内して、一対の挟着バー６で３〜６個の電池１を挟着して定位置に配置することができる。

一対の挟着バー６は、電池１を挟着する対向縁に複数の嵌着凹部７を有し、対向縁と反対側の面を直線状とすることができる。

電池１の間に配設される挟着バー６は、上縁と下縁の両方に、電池１を案内する嵌着凹部７を設けて、上段の電池１を挟着する挟着バー６と、下段の電池１を挟着する挟着バー６とを一体的に成形することができる。

本発明の組電池は、ボルト５の下端をベースプレート４に固定することができる。さらに、本発明の組電池は、一対の挟着バー６で挟着して定位置に配置される電池１を、複数の素電池１１を直列に直線状に連結してなる電池モジュール１０として、挟着バー６で電池モジュール１０の両端部を挟着して定位置に配置することができる。

本発明の組電池は、全体構造を極めて簡素化すると共に、部品コストを低減し、また、組み立ても簡単にして、安価に多量生産できる特徴がある。とくに、多数の電池をしっかりと定位置に収納しながら、全体を軽量にできる特徴がある。それは、本発明の組電池が、複数の電池を収納するバッテリボックスを、上下のカバープレート及びベースプレートと、このカバープレートとベースプレートを連結する複数のボルトと、ボルトに両端部を挿通して、電池を上下で挟着する挟着バーとを備え、複数列の電池を一対の挟着バーで挟着し、この挟着バーをボルトに挿通して定位置に固定し、挟着バーを介して電池をベースプレートとカバープレートの間に配置するからである。とくに、挟着バーは、上下で複数列の電池を挟着する簡単な構造で、製造コストを著しく安価にできる。この挟着バーを固定するボルトには、ベースプレートとカバープレートを連結するボルトを併用するので、挟着バーを定位置に固定するために専用の部材を使用する必要もなく、全体の構造を著しく安価にできる。

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組電池を例示するものであって、本発明は組電池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ないし図３は、ハイブリッドカーに搭載されて、走行用のモーターに電力を供給する組電池を示す。ただし、本発明は、組電池の用途を、ハイブリッドカーの電源には特定しない。電気自動車等の電動車両にも使用でき、さらに大電力な電源、たとえば無停電電源等にも使用できるからである。

図の組電池は、複数の電池１と、各々の電池１を定位置に固定しているバッテリボックス２とを備える。この組電池は、複数の素電池１１を直列に直線状に連結して電池モジュール１０として電池１をバッテリボックス２に収納している。電池モジュール１０は、５個の円筒型電池であるニッケル水素電池を直列に直線状に連結したものである。電池モジュール１０は、４個以下、あるいは６個以上の素電池を直列に直線状に連結することができる。素電池には、ニッケル水素電池に代わって、リチウムイオン二次電池や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できる。また、素電池は、円筒型電池に代わって、角型電池も使用できる。電池モジュール１０は、素電池１１を直列・直線状に連結する境界を、絶縁リング１２でカバーして絶縁している。絶縁リング１２は、プラスチック等の絶縁材を筒状に成形して、素電池１１の端部を挿入している。

バッテリボックス２は、収納される電池１の上と下に配設されるカバープレート３及びベースプレート４と、このカバープレート３とベースプレート４を連結する複数本のボルト５と、このボルト５に両端部を挿通して連結され、かつ電池１を上下で挟着して定位置に配置する挟着バー６とを備える。

ベースプレート４は金属フレームである。このベースプレート４は、両側に沿って凸条１４を設けている。凸条１４はベースプレート４の補強リブとなって、ベースプレート４の曲げ強度を向上させる。さらに、この凸条１４に電池１を載せて、電池１の下方であって、凸条１４の間に送風ダクト２１を設けることができる。このベースプレート４は、凸条１４の高さで送風ダクト２１の上下幅を調整できる。

図のベースプレート４は、両側に沿って２条の凸条１４を設けて、内側の凸条１４にボルト５を挿通する貫通孔（図示せず）を設けている。内側の凸条１４は、挟着バー６を介して電池モジュール１０の絶縁リング１２を支持する。図の電池モジュール１０は、５個の素電池１１を直線状に連結している。この電池モジュール１０は、両端の素電池１１と内側の素電池１１との境界にある絶縁リング１２を挟着バー６を介して凸条１４で支持する。電池モジュール１０は、内側の凸条１４間に３個の素電池１１を配設する。

凸条１４は、頂上面を所定の幅のフラット面として、挟着バー６を載せている。挟着バー６は、凸条１４との当接面をフラットにして、凸条１４の頂上面に載せられる。この凸条１４は、挟着バー６を介して電池モジュール１０の絶縁リング１２の部分を支持する。凸条１４は、ボルト５を挿通して連結する貫通孔８を設けている。図の組電池は、一対の挟着バー６で４本の電池モジュール１０を４列に並べて挟着する。したがって、４本の電池モジュール１０の間に位置するように貫通孔８を設けている。貫通孔８に挿入されるボルト５は、頭を凸条１４内に配設する。ベースプレート４は、凸条１４を設けてその裏面に溝１５ができる。この溝１５は、凸条１４の上面を平坦にしているので底面が平面となる。このベースプレート４は、溝１５にボルト５の頭を配置して、ボルト頭がベースプレート４から突出しないようにボルト５を連結できる。このベースプレート４は、凸条１４の幅、いいかえると溝１５の幅を、六角のボルト頭を回転しない状態で入れる幅として、ボルト５を回転しないように連結できる。ただ、ボルトは、スタッドボルトとして、ベースプレートに溶接して、回転しないように固定することもできる。さらに、溶接してベースプレートに固定されるボルトは、貫通孔を設けることなく、ベースプレートの上面で凸条の頂上面に固定することもできる。このベースプレートは、ボルトを挿通する貫通孔を設けないで、ボルトを定位置に固定する。

カバープレート３は、プラスチックを成形して製作される。ただ、カバープレートも金属板で製作することができる。このカバープレート３も両側に沿って下面に突出する凸条１３を設けて、凸条１３の間に送風ダクト２１を設けている。カバープレート３の凸条１３は、ベースプレート４の凸条１４の真上に位置して設けられる。また、この凸条１３は、ベースプレート４の凸条１４と同じように、電池モジュール１０の絶縁リング１２の部分に位置する。さらに凸条１３には、ボルト５を挿通する貫通孔（図示せず）を設けている。貫通孔は、ボルト５の上端を挿通する位置に開口される。

ボルト５は金属ボルトである。このボルト５は、下端をベースプレート４に連結して、垂直姿勢に連結され、上端部をカバープレート３の貫通孔に挿通し、カバープレート３から突出する部分にナット１６をねじ込んで、ベースプレート４とカバープレート３とを連結している。さらに、このボルト５は、挟着バー６も定位置に連結する。図２の組電池は、ボルト５の上端部であって、カバープレート３の内側で、両側に隣接するボルト５を連結バー１７で連結している。連結バー１７は、両端に貫通孔（図示せず）を設けている金属板で、貫通孔にボルト５の上端部を挿通し、ナット２６を締め付けてボルト５を連結している。このように、連結バー１７で左右のボルト５を連結する構造は、カバープレート３をプラスチック製として、組電池の上部を頑丈な構造にできる。ただ、カバープレートを頑丈な構造として、連結バーを省略することもできる。

挟着バー６は、複数列に平行に並べている電池モジュール１０を上下で挟着して定位置に保持する。電池モジュール１０を上下で挟着する一対の挟着バー６は、電池１を挟着する対向縁に電池１を案内する嵌着凹部７を電池１の間隔と同じピッチで複数設けている。図４ないし図６の挟着バー６は、４列の電池モジュール１０を上下で挟着するので、４つの嵌着凹部７を対向面に設けている。嵌着凹部７は、円筒状の電池モジュール１０を嵌着するので、半円形としている。図示しないが、電池モジュールを角柱状とする組電池は、嵌着凹部を、角柱の電池モジュールを嵌着する形状とする。一対の挟着バー６は、嵌着凹部７に電池モジュール１０を嵌着して、電池モジュール１０を上下で挟着する状態で、嵌着凹部７の間の突出部の先端を互いに当接させる。ただ、挟着バーは、電池モジュールを挟着する状態で、嵌着凹部の間の突出部に隙間を設けることもできる。

さらに、図の組電池は、一対の挟着バー６で４本の電池モジュール１０を挟着するが、挟着バーは、２本〜３本、あるいは５本以上の電池モジュールを挟着することもできる。この挟着バー６は、電池モジュール１０を定位置に嵌着する嵌着凹部７を対向面に設けている。

挟着バー６は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。絶縁材の挟着バー６は、電池１を絶縁状態で挟着して定位置に配置できる。図の挟着バー６は、電池モジュール１０の表面に沿う面を所定の厚さのプレート状に成形して、その両側にリブ６Ａを一体的に成形して設けている。リブ６Ａは、電池モジュール１０の挟着面との反対側をフラットにするように直線状としている。この挟着バー６は、リブ６Ａが補強リブとなる。このため、プラスチック製として、軽く強靭な構造にできる。

ただ、本発明の組電池は、挟着バーをアルミニウム等の金属製とすることもできる。電池モジュールの表面を絶縁して、絶縁部を挟着バーで挟着するからである。また、挟着バーを金属製として、電池モジュールの挟着面に絶縁材を設けて、絶縁処理することもできる。

挟着バー６は、電池モジュール１０を挟着する状態で、両端の積層部９に設けた貫通孔８にボルト５を挿通し、ボルト５を介してベースプレート４とカバープレート３に固定される。図２に示す組電池は、４本の電池モジュール１０を３段に連結して、ひとつの電池ブロック２０とし、さらに４組の電池ブロック２０をベースプレート４とカバープレート３の間に配置している。この構造の組電池は、電池ブロック２０の間に配設される１本のボルト５に、隣接する電池ブロック２０の挟着バー６を挿通して積層する。いいかえると、１本のボルト５で２組の電池ブロック２０の挟着バー６を固定する。この構造は、全体の構造を簡単にしながら、隣接して配設される電池ブロック２０を１本のボルト５でしっかりと連結できる。

１本のボルト５に、隣接する電池ブロック２０の挟着バー６を挿通して積層するために、挟着バー６の積層部９は、上又は下に切欠部１９を設けて、挟着バー全体の高さの半分としている。図の挟着バー６は、右端の積層部９は上面に切欠部１９を、左端の積層部９には下面に切欠部１９を設けている。この構造の挟着バー６は、切欠部１９に、隣の挟着バー６の積層部９を嵌入して、積層状態で貫通孔８にボルト５を挿通して連結できる。

組電池の両端に配設される電池ブロック２０は、積層部９に隣の挟着バー６の積層部９が嵌入されないので、積層部９に隙間ができる。この隙間には、筒状のスペーサー１８が配設される。切欠部１９に入れたスペーサー１８を介して積層部９は積層される。ボルト５は、積層状態にある積層部９の貫通孔８に挿通され、またスペーサー１８にも挿通されて、挟着バー６をしっかりと挟着して固定する。

さらに、図の組電池は、電池モジュール１０の両端面にエンドプレート２２を固定している。エンドプレート２２は、プラスチック等の絶縁材で成形されて、電池モジュール１０の両端に設けている電極端子２５に固定されるバスバー２３を定位置に配置する。バスバー２３は、隣接する電池モジュール１０を直列に接続する金属板である。エンドプレート２２は、バスバー２３をネジ止して電池モジュール１０に固定されて、バッテリボックス２の定位置に固定される。

さらに、図１の組電池は、バッテリボックス２の端面をガイドプレート２４で閉塞している。図に示すガイドプレート２４は、上下の両端部を折曲した形状としており、本体部分でバッテリボックス２の端面を閉塞すると共に、上下の折曲部２４Ａでカバープレート３とベースプレート４の内面を閉塞している。このガイドプレート２４は、上下の折曲部２４Ａと、カバープレート３及びベースプレート４とで送風ダクト２１を形成している。

以上の組電池は、以下の工程で組立られる。
(1) 図３に示すように、ベースプレート４にボルト５を固定する。ボルト５は、好ましくは溶接して回転しなかように、ベースプレート４に固定される。
(2) ボルト５に、第１の挟着バー６の積層部９に設けている貫通孔８を挿通し、ベースプレート４の凸条１４の上に最下段の挟着バー６となる第１の挟着バー６を１列に並べて配置する。図の組電池は、各々の凸条１４に５本のボルト５を固定しているので、このボルト５の間に４本の挟着バー６を１列に並べて配置する。この状態で、最下段の電池モジュール１０を下面で支持する挟着バー６がベースプレート４にセットされる。ベースプレート４は、２列の凸条１４にボルト５を固定しているので、各々の凸条１４の上に第１の挟着バー６を配置し、ベースプレート４の両側に第１の挟着バー６を２列にセットする。
(3) ２列の挟着バー６の嵌着凹部７に、電池モジュール１０をセットする。電池モジュール１０は、素電池１１の間の絶縁リング１２を挟着バー６の上に配置する。電池モジュール１０は、両端部に設けた絶縁リング１２を、２列に配置される第１の挟着バー６の嵌着凹部７に配置する。この状態で、最下段にある一段目の電池モジュール１０がセットされる。
(4) 一段目の電池モジュール１０の上に第２の挟着バー６をセットする。第２の挟着バー６は、嵌着凹部７を下向きとして、積層部９の貫通孔８をボルト５に入れて定位置にセットされる。この状態で、一段目の電池モジュール１０は、上下に位置する一対の挟着バー６、すなわち第１と第２の挟着バー６で挟着される。
(5) 第２の挟着バー６の上に、２段目の電池モジュール１０の下を挟着する第３の挟着バー６をセットする。第３の挟着バー６は、両端の積層部９に設けている貫通孔８をボルト５に挿通して、第２の挟着バー６の真上に積層される。挟着バー６は、電池モジュール１０を挟着する対向面には嵌着凹部７を設けるが、その反対側をフラットにしているので、第２の挟着バー６と、第３の挟着バー６はフラット面を互いに当接させる。
(6) その後、同じようにして、２段目の電池モジュール１０、第４の挟着バー６、第５の挟着バー６、第３の電池モジュール１０、第６の挟着バー６を順番に積層する。
(7) ベースプレート４の両側に配設しているボルト５の上端に連結バー１７の貫通孔を挿通し、連結バー１７の上面にナット２６をねじ込んで、両側に隣接するボルト５を連結バー１７で連結する。この工程を省略して、ナットで連結バーを連結することなく、連結バー１７の上に、以下のカバープレート３をセットし、カバープレート３の上からナット１６を締め込んで連結バー１７を連結することもできる。
(8) カバープレート３の貫通孔にボルト５を挿通して、カバープレート３をセットし、カバープレート３から上に突出するボルト５にナット１６をねじ込む。この状態で組電池が組み立てられる。

本発明の一実施例にかかる組電池の斜視図である。 図１に示す組電池のカバープレートを外した状態を示す斜視図である。 図２に示す組電池を組み立てる状態を示す斜視図である。 隣接する電池ブロックの連結状態を示す斜視図である。 隣接する電池ブロックの連結状態を示す斜視図である。 複数の電池モジュールを挟着バーで連結する状態を示す斜視図である。

符号の説明

１…電池
２…バッテリボックス
３…カバープレート
４…ベースプレート
５…ボルト
６…挟着バー ６Ａ…リブ
７…嵌着凹部
８…貫通孔
９…積層部
１０…電池モジュール
１１…素電池
１２…絶縁リング
１３…凸条
１４…凸条
１５…溝
１６…ナット
１７…連結バー
１８…スぺーサー
１９…切欠部
２０…電池ブロック
２１…送風ガイド
２２…エンドプレート
２３…バスバー
２４…ガイドプレート ２４Ａ…折曲部
２５…電極端子
２６…ナット

Claims (6)

1. 複数の電池(1)と、各々の電池(1)を定位置に固定しているバッテリボックス(2)とを備える組電池であって、
   バッテリボックス(2)が、収納される電池(1)の上と下に配設されるカバープレート(3)及びベースプレート(4)と、このカバープレート(3)とベースプレート(4)を連結する複数本のボルト(5)と、このボルト(5)に両端部を挿通して連結され、かつ電池(1)を上下で挟着して定位置に配置する挟着バー(6)とを備え、
   カバープレート(3)とベースプレート(4)との間に、電池(1)を複数段、複数列に収納すると共に、各段に複数列に配設される電池(1)を一対の挟着バー(6)で挟着して、電池(1)を定位置に配設すると共に、一対の挟着バー(6)は、電池(1)を挟着する対向縁に電池(1)を案内する嵌着凹部(7)を電池(1)の間隔と同じピッチで複数設けており、一対の挟着バー(6)は、両端の貫通孔(8)をボルト(5)に挿通して、ボルト(5)を介して定位置に固定されて、さらに、一対の挟着バー(6)は、電池(1)の少なくとも両端部を挟着して定位置に配置しており、さらにまた、複数対の挟着バー(6)をボルト(5)に挿通して、複数対の挟着バー(6)で電池(1)を複数段に積層して定位置に配置していることを特徴とする組電池。
2. 一対の挟着バー(6)が、両端に設けている貫通孔(8)の間に、３〜６個の嵌着凹部(7)を設けており、各々の嵌着凹部(7)に電池(1)を案内して、一対の挟着バー(6)が３〜６個の電池(1)を挟着して定位置に配置している請求項１に記載される組電池。
3. 一対の挟着バー(6)が、電池(1)を挟着する対向縁に複数の嵌着凹部(7)を有し、対向縁と反対側の面を直線状としている請求項１に記載される組電池。
4. 電池(1)の間に配設される挟着バー(6)は、上縁と下縁の両方に、電池(1)を案内する嵌着凹部(7)を設けており、電池(1)の間に配設される挟着バー(6)が、上段の電池(1)を挟着する挟着バー(6)と、下段の電池(1)を挟着する挟着バー(6)とを一体的に成形している請求項１に記載される組電池。
5. ボルト(5)の下端がベースプレート(4)に固定している請求項１に記載される組電池。
6. 一対の挟着バー(6)で挟着して定位置に配置される電池(1)が、複数の素電池(11)を直列に直線状に連結してなる電池モジュール(10)で、挟着バー(6)が電池モジュール(10)の両端部を挟着して定位置に配置している請求項１に記載される組電池。
   

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