JP2009301835A - 電源装置及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】耐震性に優れた電源装置を低コストで提供する
【解決手段】複数の電源素子３１〜３４を並設した電源モジュール１３を含む電源ユニット１４と、電源ユニット１４が固定される固定部１５と、電源ユニット１４の外面に沿って配置され、固定部１５に対して電源ユニット１４を押圧する弾性板１７、１８と、を有することを特徴とする電源装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源素子を並設した電源モジュールを含む電源装置に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車などの駆動用または補助電源として、複数の電源素子を並設して電気的に接続した電源装置が知られている。この種の電源装置として、特許文献１は、内壁に二組の相対する凹部を四箇所に有するケースと、このケースのフランジと締結されてケースを密閉するカバーと、ケース内部の凹部に第１の板ばねと第２の板ばね、第３の板ばねと第４の板ばねとをそれぞれ正対して配置し、ケース内に収納される乾電池あるいは組電池とから構成される密閉型電池を開示する。

カバー側から上記乾電池を挿入すると、第１の板ばね、第２の板ばね、第３の板ばね及び第４の板ばねで乾電池に対してケースの中心方向にバネ力を作用し、乾電池をケースの中央に押しつけて、円周方向に固定する。これにより、振動に対して信頼性の高い密閉型電池を提供する。
特開２００１−２０２９４０号公報

しかしながら、上述の特許文献１の構成では、複数の板ばねが必要となり、乾電池の個数に応じて板ばねの個数が増えるため、コストが増大する。

また、乾電池の外面に板ばねが接触しており、乾電池の外面に電位がある場合には、絶縁性の確保が困難である。

そこで、本願発明は、耐震性に優れた電源装置を低コストで提供することを第１の目的とする。また、本願発明は、弾性板を用いても絶縁が容易な電源装置を提供することを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するために、本願発明の電源装置は、複数の電源素子を並設した電源モジュールを含む電源ユニットと、前記電源ユニットが固定される固定部と、前記電源ユニットの外面に沿って配置され、前記固定部に対して前記電源ユニットを押圧する弾性板と、を有することを特徴とする。

ここで、前記弾性板の両端部は、前記固定部に固定することができる。これにより、電源ユニットを固定部に容易に押圧することができる。

前記弾性板は、前記電源素子の並設方向に配置することができる。これにより、より中央に位置する電源素子の振動時の振幅を小さくすることができる。

上記第２の目的を達成するために、前記電源ユニットは、各前記蓄電素子の両端を支持する絶縁性のフォルダを有し、前記弾性板を、前記フォルダの外面に沿って配置することができる。これにより、例えば、フォルダを絶縁性の樹脂で構成することにより、容易に絶縁性を確保することができる。

前記フォルダの両端部にそれぞれ、前記フォルダを前記固定部に固定するための一対の締結部材を設け、前記弾性板は、前記フォルダの外面における前記一対の締結部材の中間位置を押圧するように構成することができる。これにより、より振幅の大きくなりやすい電源ユニットの中央が押圧され、効果的に振動を抑えることができる。

前記フォルダに、前記弾性板の位置ずれを禁止する当接部を形成することができる。これにより、弾性板が突起部に当接して、位置ずれが防止される。

前記弾性板の両端部には、前記固定部に形成された取り付け用の穴部に係合する突起部が形成されており、前記弾性板には、前記突起部を前記穴部に挿入するための突状のハンドルを設けることができる。これにより、突起部の穴部への挿入が容易となり、弾性板の取り付け作業が容易になる。

上記電源装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などに搭載することができる。

本発明によれば、耐震性に優れた電源装置を低コストで提供することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１及び図２を参照しながら、本発明の実施例である蓄電装置（電源装置）の概略構成を説明する。図１は、蓄電装置の斜視図である。図２は、蓄電装置の蓄電モジュールの分解斜視図である。

電池フォルダ（フォルダ）１１及び電池フォルダ（フォルダ）１２はＸ軸方向に対向配置されている。これらの電池フォルダ１１及び１２の間には、蓄電モジュール（電源モジュール）１３が収容されている。蓄電モジュール１３は、第１の蓄電群２１、第２の蓄電群２２、第３の蓄電群２３及び第４の蓄電群２４から構成される。

第１の蓄電群２１は、複数の円筒型電池（電源素子）３１から構成される。第２の蓄電群２２は、複数の円筒型電池（電源素子）３２から構成される。第３の蓄電群２３は、複数の円筒型電池（電源素子）３３から構成される。第４の蓄電群２４は、複数の円筒型電池（電源素子）３４から構成される。

各円筒型電池３１〜３４の両端部は、電池フォルダ１１及び電池フォルダ１２に支持されている。電池フォルダ１１、１２には、絶縁性の樹脂などを用いることができる。

電池フォルダ１１、電池フォルダ１２及び蓄電モジュール１３により蓄電ユニット（電源ユニット）１４が構成される。蓄電ユニット１４は、フレーム（固定部）１５に設置される。電池フォルダ１１の両端部には、締結ボルト７１が設けられている。この締結ボルト７１は、電池フォルダ１１に形成されたＺ軸方向に延びるボルト貫通穴８１に挿入される。締結ボルト７１の先端部は、フレーム１５の開口部１５a（図３参照）から突出しており、図示しないナットを締結することにより、フレーム１５に固定される。

電池フォルダ１２の両端部には、締結ボルト７２が設けられている。この締結ボルト７２は、電池フォルダ１２に形成されたＺ軸方向に延びるボルト貫通穴８２に挿入される。締結ボルト７２の先端部は、フレーム１５の開口部１５ｂ（図３参照）から突出しており、図示しないナットを締結することにより、フレーム１５に固定される。これにより、蓄電ユニット１４をフレーム１５に固定することができる。

弾性板１７は、電池フォルダ１１のＸＺ面、ＸＹ面に沿って、配置されている。弾性板１７の両端部は、フレーム１５に固定されている。弾性板１８は、電池フォルダ１２のＸＺ面、ＸＹ面に沿って、配置されている。弾性板１８の両端部は、フレーム１５に固定されている。固定方法については後述する。

弾性板１７には、板ばねを用いることができる。板ばねは、金属からなる。板ばねは、一枚の金属板で構成してもよいし、複数枚の金属板を重ねあわせることにより構成してもよい。

弾性板１７は、Ｙ軸方向の中心側が電池フォルダ１１に接近するように撓んでいる。したがって、弾性板１７がフレーム１５に固定されると、弾性板１７の弾性力により電池フォルダ１１をフレーム１５に押圧することができる。また、同様に、弾性板１８は、Ｙ軸方向の中心側が電池フォルダ１２に接近するように撓んでいる。したがって、弾性板１８がフレーム１５に固定されると、弾性板１８の弾性力により電池フォルダ１２をフレーム１５に押圧することができる。

上述の構成において、蓄電ユニット１４にＺ軸方向の振動が加わると、電池フォルダ１１、１２は、弾性板１７、１８をチャージしながらＺ軸方向の一方向に移動する。弾性板１７、１８がさらにチャージされると、弾性板１７、１８の弾性力により蓄電ユニット１４はＺ軸方向の他方向に押し戻される。このように、弾性板１７、１８の弾性力を用いて、蓄電ユニット１４をフレーム１５に押圧することにより、蓄電ユニット１４の振動を小さくすることができる。

また、弾性板１７、１８を絶縁性の電池フォルダ１１、１２に沿って配置、つまり、円筒型電池３１〜３４に接触しないように配置することにより、容易に絶縁性を確保することができる。

次に、図２を用いて、蓄電ユニット１４の構成を詳細に説明する。電池フォルダ１１は、第１電池フォルダ１１ａ、第２電池フォルダ１１ｂ、第３電池フォルダ１１ｃ、第４電池フォルダ１１ｄ、第５電池フォルダ１１ｅ及び第６電池フォルダ１１ｆに分割されている。電池フォルダ１２は、第１電池フォルダ１２ａ、第２電池フォルダ１２ｂ、第３電池フォルダ１２ｃ、第４電池フォルダ１２ｄ、第５電池フォルダ１２ｅ及び第６電池フォルダ１２ｆに分割されている。

第１電池フォルダ１１ａ及び第１電池フォルダ１２ａの間には、エンドプレート１８ａが設けられている。エンドプレート１８ａの外面には、円筒型電池３１の外面に沿った曲面部１８１ａが形成されている。曲面部１８１ａのＺ軸方向の端部には、排気口１８１ｂが形成されている。この排気口１８１ｂから第１の蓄電群２１及び第２の蓄電群２２の冷却に用いられた空気が排気される。

第１の蓄電群２１は、１４個の円筒型電池３１をＹ軸方向に並設することにより構成される。第２の蓄電群２２は、１４個の円筒型電池３２をＹ軸方向に並設することにより構成される。第３の蓄電群２３は、１４個の円筒型電池３３をＹ軸方向に並設することにより構成される。第４の蓄電群２４は、１４個の円筒型電池３４をＹ軸方向に並設することにより構成される。円筒型電池３１〜３４には、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。

隣接する円筒型電池３１〜３４は、バスバー９１により電気的に接続されている。本実施例では、隣接する円筒型電池３１〜３４の間隔が全て同じに設定されている。したがって、バスバー９１の寸法を共通化できる。これにより、コストを削減できる。

第２電池フォルダ１１ｂ、第２電池フォルダ１２ｂのＺ軸方向の一端面にはそれぞれ、Ｒ形状の電池支持部１１１ｂ、電池支持部１２１ｂが形成されている。第２電池フォルダ１１ｂ、第２電池フォルダ１２ｂのＺ軸方向の他端面にはそれぞれ、Ｒ形状の電池支持部１１２ｂ、図示しない電池支持部１２２ｂ（説明の便宜上、符号を付す）が形成されている。

第１の蓄電群２１の各円筒型電池３１は、その両端部が第２電池フォルダ１１ｂの電池支持部１１１ｂ及び第２電池フォルダ１２ｂの電池支持部１２１ｂに支持される。第２の蓄電群２２の各円筒型電池３１は、その両端部が第２電池フォルダ１１ｂの電池支持部１１２ｂ及び第２電池フォルダ１２ｂの電池支持部１２２ｂに支持される。

第３電池フォルダ１１ｃ、第３電池フォルダ１２ｃのＺ軸方向に一端面にはそれぞれ、Ｒ形状の電池支持部１１１ｃ及び１２１ｃが形成されている。第２の蓄電群２２の各円筒型電池３２は、その両端部が第３電池フォルダ１１ｃの電池支持部１１１ｃ及び第３電池フォルダ１２ｃの電池支持部１２１ｃに支持されている。

第３電池フォルダ１１ｃ、第３電池フォルダ１２ｃには、空気通路板４１が取り付けられている。第４電池フォルダ１１ｄ、第４電池フォルダ１２ｄには、空気通路板４２が取り付けられている。空気通路板４１及び空気通路板４２により、空気通路４３が形成される。この空気通路４３には、冷却用の空気が流れる。

空気通路板４１には、図示しない空気流入口がＹ軸方向に並んで形成されている。この空気通路板４１の空気流入口から、空気通路板４１とエンドプレート１８ａとに挟まれた空間の内部に冷却用の空気が流入する。空気流入口から流入した空気は、第１の蓄電群２１の各円筒型電池３１を冷却する。第１の蓄電群２１を冷却した空気は、第２の蓄電群２２の各円筒型電池３２を冷却する。第２の蓄電群２２を冷却した空気は、排気口１８１ｂから排気される。

第４電池フォルダ１１ｄ、第４電池フォルダ１２ｄのＺ軸方向の一端面にはそれぞれ、Ｒ形状の電池支持部１１１ｄ、図示しない電池支持部１２１ｄ（説明の便宜上、符号を付す）が形成されている。第３の蓄電群２３の各円筒型電池３３は、その両端部が第４電池フォルダ１１ｄの電池支持部１１１ｄ及び第４電池フォルダ１２ｄの電池支持部１２１ｄに支持されている。

第５電池フォルダ１１ｅ、第５電池フォルダ１２ｅのＺ軸方向の一端面にはそれぞれ、Ｒ形状の電池支持部１１１ｅ、図示しない電池支持部１２１ｅ（説明の便宜上、符号を付す）が形成されている。第５電池フォルダ１１ｅ、第５電池フォルダ１２ｅのＺ軸方向の他端面にはそれぞれ、Ｒ形状の電池支持部１１２ｅ、図示しない電池支持部１２２ｅ（説明の便宜上、符号を付す）が形成されている。

第３の蓄電群２３の各円筒型電池３３は、その両端部が第５電池フォルダ１１ｅの電池支持部１１１ｅ及び第５電池フォルダ１２ｅの電池支持部１２１ｅに支持されている。第４の蓄電群２４の各円筒型電池３４は、その両端部が第５電池フォルダ１１ｅの電池支持部１１２ｅ及び第５電池フォルダ１２ｅの電池支持部１２２ｅに支持されている。

第６電池フォルダ１１ｆ、第６電池フォルダ１２ｆのＺ軸方向の一端面にはそれぞれ、Ｒ形状の電池支持部１１１ｆ、電池支持部１２１ｆに支持されている。第４の蓄電群２４の各円筒型電池３４は、その両端部が第６電池フォルダ１１ｆの電池支持部１１１ｆ及び第６電池フォルダ１２ｆの電池支持部１２１ｆに支持されている。

次に、図３を参照しながら、蓄電ユニット１４の耐震構造について詳細に説明する。弾性板１７の両端部（Ｚ軸方向の端部）には、突起部１７aが形成されている。弾性板１８の両端部（Ｚ軸方向の端部）には、突起部１８aが形成されている。

フレーム１５のＹ軸方向の両端部には、平板状の取付部１５１a、取付部１５１bが形成されている。取付部１５１a、取付部１５１bは、Ｚ軸方向に延びている。取付部１５１aには、取付穴１５２aが形成されている。取付部１５１bには、取付穴１５２bが形成されている。弾性板１７の突起部１７aは、取付部１５１aの取付穴１５２aに挿入されている。弾性板１８の突起部１８aは、取付部１５１bの取付穴１５２bに挿入されている。

弾性板１７、１８をフレーム１５に取り付けることにより、弾性板１７、１８から蓄電ユニット１４に押圧力が発生し、蓄電ユニット１４をフレーム１５に押圧することができる。ここで、図４を用いて弾性板１７、１８による押圧効果を具体的に説明する。図４Ａは、弾性板がない蓄電装置の振動時の挙動を示した模式図である。図４Ｂは、弾性板がある蓄電装置の振動時の挙動を示した模式図である。

図４Ａでは、蓄電ユニット１４のＹ軸方向の両端部をボルト７１で固定している。蓄電ユニット１４に振動が加わると、蓄電ユニット１４のＹ軸方向の中央部の振幅がより大きくなり、第１〜第４の蓄電群２１〜２４に加わる負荷が大きくなる。また、共振周波数が図４Ｂに図示する構成よりも低くなるため、共振が起こりやすくなる。

これに対して、図４Ｂに図示する構成（つまり、実施例１の構成）では、蓄電ユニット１４の中央部に弾性板１７、１８が接触して、蓄電ユニット１４をフレーム１５に押圧しているため、蓄電ユニット１４の中央部の振幅をより小さくすることができる。さらに、共振周波数が図４Ａに図示する構成よりも高くなるため、車両走行時の振動による共振が起こりにくくなる。

このように、本実施の構成によれば、耐震性に優れた蓄電装置を提供することができる。また、二つの弾性板１７、１８を蓄電ユニット１４の外面に沿って配置するだけでよいため、コストを削減することができる。耐震性が高まることにより、車載位置の自由度を高めることもできる。

ここで、図４Ａに図示する構成において、蓄電ユニット１４のＹ軸方向の中央部に締結ボルトを締結することにより、当該中央部の振幅を小さくすることもできる。しかしながら、この方法では、締結ボルトを締結する際に、各円筒型電池３１〜３４を締結ボルトの締結位置から退避した位置に配置しなければならない。

そのため、各円筒型電池３１〜３４のピッチが不等ピッチになり、均一な電池冷却が困難となる。また、蓄電ユニット１４のサイズが大きくなる。さらに、円筒型電池３２を電気的に接続するバスバーのサイズを共通化できないため、コストの増大となる。

これに対して、本実施例では弾性板１７、１８を蓄電ユニット１４の外面に沿って配置しているため、隣接する円筒型電池３１〜３４のピッチを等しくすることができる。これにより、各円筒型電池３１〜３４の温度差を小さくすることができる。また、蓄電ユニット１４のサイズを大型化することなく、耐震性を高めることができる。さらに、バスバー９１のサイズを共通化して、コストを削減することができる。

次に、図５を参照しながら、弾性板１７、１８の取り付け方法について説明する。図５は弾性板１７、１８の取り付け方法を模式的に示した模式図である。図示例では、弾性板１７のみを図示しているが、弾性板１８の取り付け方法についても同様である。

弾性板１７のＹ軸方向の端部には、ハンドル１７cが形成されている。なお、図１に図示するように弾性板１８のＹ軸方向の端部にもハンドル１８cが形成されている。まず、ステップ１において、弾性板１７の一端部に形成された突起部１７aをフレーム１５の一方の取付穴１５２aに挿入する。

ステップ２において、ハンドル１７cを矢印方向に押し込み、弾性板１７の他端部に形成された突起部１７aをフレーム１５の他方の取付穴１５２aに挿入する。この際、弾性板１７の弾性力に抗して突起部１７aを取付穴１５２ａに挿入する必要がある。ハンドル１７ｃを用いて突起部１７ａを取付穴１５２ａに押し込むことにより、取り付け作業を容易化することができる。

（変形例）
本願発明は、複数の角型の電源素子を並設した電源装置にも適用できる。この場合、電源素子の並設方向の両端部には、エンドプレートが設けられる。弾性板は、電源素子の外面に配置され、電源素子の並設方向に延びる。弾性板の両端部は、エンドプレートに固定される。電源素子のうち弾性板が接触する領域には、絶縁処理が施される。これにより、上述の実施例と同様の効果を得ることができる。

図６に図示するように、弾性板１７、１８の脱落を防止するストッパ（当接部）３７、３８を設けることもできる。図６は、蓄電装置の側面図である。実施例と同一の機能を有する構成要素には同一符号を付している。電池フォルダ１１のＺ軸方向の端面には、Ｙ軸方向に延びる突状のストッパ３７が形成されている。ストッパ３７は、弾性板１７のＸ軸方向の両側に設けてもよいし、外側（蓄電ユニット１４の中央から遠い側）のみに設けてもよい。電池フォルダ１２のＺ軸方向の端面には、Ｙ軸方向に延びる突状のストッパ３８が形成されている。ストッパ３８は、弾性板１８のＸ軸方向の両側に設けてもよいし、外側（電源ユニット１４の中央から遠い側）のみに設けてもよい。

図６に図示する構成によれば、振動時にＸ軸方向に位置ずれする弾性板１７に対してストッパ３７を当接させることができる。また、振動時にＸ軸方向に位置ずれする弾性板１８にストッパ３８を当接させることができる。これにより、弾性板１７、１８が電池フォルダ１１、１２から脱落するのを防止できる。

図７に図示するように、蓄電モジュール１４の長手方向に直交する方向、つまり、実施例１の弾性板１７、１８の配設方向に対して直交する方向に弾性板４１、４２、４３を配置することもできる。４１c、４２c、４３cはそれぞれハンドルであり、実施例のハンドル１７c、１８cと同様の機能を有する。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

また、本願発明は、キャパシタや燃料電池にも適用できる。キャパシタは、活性炭と電解液との界面に発生する電気二重層を動作原理とした電気二重層キャパシタのことである。固体として活性炭、液体として電解液（希硫酸水溶液）を用いて、これを接触させるとその界面にプラス、マイナスの電極が極めて短い間隔を隔てて相対的に分布する。イオン性溶液中に一対の電極を浸して電気分解が起こらない程度に電圧を負荷させると、それぞれの電極の表面にイオンが吸着され、プラスとマイナスの電気が蓄えられる（充電）。外部に電気を放出すると、正負のイオンが電極から離れて中和状態に戻る。

蓄電装置の斜視図である。 蓄電装置の蓄電モジュールの分解斜視図である。 蓄電ユニットの耐震構造を図示した斜視図である。 弾性板のない蓄電装置の振動時の挙動を図示した模式図である。 弾性板のある蓄電装置の振動時の挙動を図示した模式図である。 弾性板の取り付け方法を模式的に示した模式図である。 変形例の蓄電装置の側面図である。 変形例の蓄電装置の斜視図である。

符号の説明

１ 蓄電装置
１１ １２ 電池フォルダ
１３ 蓄電モジュール
１４ 蓄電ユニット
１５ フレーム
１７ １８ 弾性板
２１〜２４ 第１〜第４の蓄電群
３１〜３４ 円筒型電池

Claims (9)

1. 複数の電源素子を並設した電源モジュールを含む電源ユニットと、
   前記電源ユニットが固定される固定部と、
   前記電源ユニットの外面に沿って配置され、前記固定部に対して前記電源ユニットを押圧する弾性板と、を有することを特徴とする電源装置。
2. 前記弾性板の両端部は、前記固定部に固定されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記弾性板は、前記電源素子の並設方向に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記電源ユニットは、各前記蓄電素子の両端を支持する絶縁性のフォルダを有し、
   前記弾性板は、前記フォルダの外面に沿って配置されることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の電源装置。
5. 前記フォルダの両端部にそれぞれ、前記フォルダを前記固定部に固定するための一対の締結部材を設け、
   前記弾性板は、前記フォルダの外面における前記一対の締結部材の中間位置を押圧することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
6. 前記フォルダには、前記弾性板の位置ずれを禁止する当接部が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の電源装置。
7. 前記弾性板の両端部には、前記固定部に形成された取り付け用の穴部に係合する突起部が形成されており、
   前記弾性板には、前記突起部を前記穴部に挿入するための突状のハンドルが設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の電源装置。
8. 前記弾性板は、金属性の板ばねであることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の電源装置。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか一つに記載の電源装置を搭載した車両。
   
   
   

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