JP2011150860A - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の電極部分の接続を信頼性を維持しつつ安価に、かつ強固に行えるようにする。
【解決手段】複数の円筒形の電池セル１１を直線状に連結した複数の電池モジュール１０と、電池モジュール１０の両端で電池セル１１の電極と電気的に接続され、該電池セル１１端面に突出させたモジュール端子１２と、隣接する電池モジュール１０のモジュール端子１２同士を接続する連結金具２０と、を備える電源装置であって、連結金具２０が、モジュール端子１２を挿入する端子挿入部２３と共に、端子挿入部２３と連通して、固定ねじ３０を挿入するためのねじ挿入凹部２４を、それぞれ２以上開口しており、各端子挿入部２３にそれぞれモジュール端子１２を挿入した状態で、ねじ挿入凹部２４に固定ねじ３０を挿入することで、該固定ねじ３０の側面が該ねじ挿入凹部２４の内面を押圧して該ねじ挿入凹部２４が拡開され、モジュール端子１２と連結金具２０とが固定されるよう構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、多数の電池セルを接続して出力電圧を高くした、ハイブリッドカー等の電動車両等に使用される電源装置及びこれを備える車両に関する。

車両などに使用される大出力の電源装置は、多数の電池セルを直列に接続して電圧を高くしている。このため、電源装置は二次電池である電池セルを直線状に連結した電池モジュールをケースに収納している（例えば特許文献１参照）。このような電源装置の一例を図２８、図２９および図３０に示す。これらの図において、図２８は電池モジュールの斜視図を、図２９はケース内部の平面図を、図３０は電極部分の接続構造を示す分解斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置は、ケース２５０と、複数の電池２１１を直線状に連結している複数の電池モジュール２１０と、電池モジュール２１０の両端に、電池端面に対して垂直に突出した出力端子２３０とを備えている。そして、隣接する電池モジュール２１０の出力端子２３０はバスバー２２０を介して止めネジ２４５及びナット２４１とによって連結されている。電池モジュール２１０はケース２５０に収納されて、出力端子２３０の貫通孔２３２を挿通した止めネジ２４５がケース２５０の凹部２５４に挿入されたナット２４１にねじ込まれて、隣接する電池モジュール２１０がバスバー２２０を介して連結されてケース２５０に収納されている。

特開２００５−３５３５４７号公報

このような構造では、隣接する電池モジュールの電極同士を接続するために、多くのネジを要する。このため、組立に際して各ねじの締結など多くの作業時間が必要となる上、製造コスト上昇の一因となっていた。また、このようなねじ締結作業は組立手順が複雑で、自動化も容易でない。一方で、ねじの締結によらない簡単な連結構造を採用すれとなれば、接続強度が不十分となったり、接触抵抗が増したりして、信頼性が不十分となるおそれもあった。このように、組み立て作業の簡素化、コスト削減の問題と、信頼性の維持とは互いに相反する問題であって、両立させることは容易でない。

本発明は、このような問題を解決することを目的に開発されたものであり、その主な目的は、電池の電極部分の接続を安価に、かつ強固に行うことのできる電源装置及びこれを備える車両を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、第１の側面に係る電源装置によれば、複数の円筒形の電池セル１１を直線状に連結した複数の電池モジュール１０と、前記電池モジュール１０の両端で電池セル１１の電極と電気的に接続され、該電池セル１１端面に突出させたモジュール端子１２と、隣接する電池モジュール１０の前記モジュール端子１２同士を接続する連結金具２０と、を備える電源装置であって、前記連結金具２０が、前記モジュール端子１２を挿入する端子挿入部２３と共に、前記端子挿入部２３と連通して、固定ねじ３０を挿入するためのねじ挿入凹部２４を、それぞれ２以上開口しており、各端子挿入部２３にそれぞれモジュール端子１２を挿入した状態で、前記ねじ挿入凹部２４に前記固定ねじ３０を挿入することで、該固定ねじ３０の側面が該ねじ挿入凹部２４の内面を押圧して該ねじ挿入凹部２４が拡開され、前記モジュール端子１２と前記連結金具２０とが固定されるよう構成できる。これにより、固定ねじを挿入することで簡単にモジュール端子に連結金具を固定でき、電池モジュール同士の電気接続を強固に確立できる。特に、ねじの螺合やナットの締結が不要になるため、電源装置の組み立て作業を大幅に省力化できる利点が得られる。

また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記端子挿入部２３がスリット状で、一方の面を平面状とし、他方の面をＵ曲させてねじ挿入凹部２４を形成することができる。これにより、ねじ挿入凹部を容易に形成できる利点が得られる。

さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、複数の円筒形の電池セル１１を直線状に連結した複数の電池モジュール１０と、前記電池モジュール１０の両端で電池セル１１の電極と電気的に接続され、該電池セル１１端面に対して垂直に突出させたモジュール端子１２Ｂと、隣接する電池モジュール１０の前記モジュール端子１２Ｂ同士を接続する連結金具２０Ｂと、を備える電源装置であって、前記連結金具２０Ｂが、部分的にＵ字状に折曲され、該Ｕ字状部分に固定ねじ３０を挿入するためのねじ挿入凹部２４を形成すると共に、前記ねじ挿入凹部２４の両側に、平板状の接触片２６を備えており、前記モジュール端子１２Ｂが平板状で、２本のスリットにより第一端子片１３、第二端子片１４、第三端子片１５に分離されてなり、前記スリットは、前記連結金具２０Ｂを挿入できる厚さで、かつ中央に位置する第二端子片１４が、前記ねじ挿入凹部２４の開口部と等しい大きさに形成されており、前記スリットに、前記ねじ挿入凹部２４のＵ字状部分の開口部分を挿入し、前記ねじ挿入凹部２４を前記第二端子片１４で閉鎖すると共に、該第二端子片１４の両側に位置する第一端子片１３及び第三端子片１５を、前記接触片２６と各々当接させた状態で、前記ねじ挿入凹部２４に前記固定ねじ３０を挿入することにより、該固定ねじ３０の側面が該ねじ挿入凹部２４の内面を押圧して該ねじ挿入凹部２４が拡開され、前記モジュール端子１２Ｂと前記連結金具２０Ｂとが固定されるよう構成できる。これにより、固定ねじを挿入することで簡単にモジュール端子に連結金具を固定でき、電池モジュール同士の電気接続を強固に確立できる。特に、ねじの螺合やナットの締結が不要になるため、電源装置の組み立て作業を大幅に省力化できる利点が得られる。

さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記連結金具２０、２０Ｂが全体の外形をコ字状とし、該コ字状を形成する平行に離間された２枚の連結片２２に各々、前記ねじ挿入凹部２４を設けることができる。これにより、コ字状の連結金具を２本の電池モジュールのモジュール端子の間に挿入して、これらを容易に電気接続できる。

さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記ねじ挿入凹部２４を、前記連結金具２０、２０Ｂの中央に設けることができる。これにより、ねじ挿入凹部が固定ねじの挿入によって拡開されると、該ねじ挿入凹部の両側部分が各々均等に変形されて、モジュール端子と当接される接触面積を増やして信頼性高く電気接続できる。

さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、さらに前記複数の電池モジュール１０を平行に並べた状態で、連結すべき電池モジュール１０同士の間隔に応じて、前記連結金具２０、２０Ｂを各々位置させるように、複数の連結金具２０、２０Ｂを固定した連結ホルダ４０を備えることができる。これにより、複数の電池モジュールを平行に並べた状態で、モジュール端子を突出させた端面に、連結ホルダを装着するだけで、各モジュール端子を連結金具のねじ挿入凹部にそれぞれ挿入でき、電源装置の組み立て作業の効率を大幅に改善できる。

さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記連結ホルダ４０が樹脂製であり、前記複数の連結金具２０、２０Ｂをインサート成型によって固定することができる。これにより、連結ホルダを絶縁性として安全性を高めると共に、インサート成型によって連結金具を安定的に固定できる。

さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記モジュール端子１２、１２Ｂに前記連結ホルダ４０を装着する際に、両者を固定するための連結機構を備えることができる。これにより、モジュール端子に連結ホルダを装着した状態で抜け落ちないように固定状態を維持でき、電源装置の安定性、信頼性を向上できる。

さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、前記連結機構が、前記モジュール端子１２、１２Ｂの一部を段差状に切り欠いた係止部１６と、前記連結ホルダ４０の、前記ねじ挿入凹部２４を開口させた面から突出させた係止片４２とで構成され、前記モジュール端子１２、１２Ｂに前記連結ホルダ４０を装着することで、前記係止片４２が前記係止部１６に係止されるよう設計することができる。これにより、係止片を係止部に係止する簡単な構成で、連結ホルダを安定的に固定できる。

さらにまた、第１０の側面に係る電源装置によれば、前記固定ねじ３０を、セルフタッピングねじ又はリベットとすることができる。これにより、固定ねじの回転による螺合、締結を不要とし、圧入することで容易に且つ短時間で固定作業を終了できる利点が得られる。

さらにまた、第１１の側面に係る電源装置を備える車両は、上記の電源装置を備えることができる。

複数の電池モジュール同士を接続した組電池を示す平面図である。 電池モジュールの端面において、隣接するモジュール端子同士を実施の形態１に係る連結金具で接続する様子を示す斜視図である。 図２の連結金具の（ａ）側面図、（ｂ）平面図、（ｃ）正面図である。 図３の連結金具にモジュール端子を挿入する状態を示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。 図４にさらに固定ねじを挿入する状態を示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）（ａ）のｃ−ｃ線における断面図である。 変形例に係る連結金具を用いてモジュール端子同士を接続する状態を示す斜視図である。 さらに別の変形例に係る連結金具のねじ挿入凹部を示す斜視図である。 実施の形態２に係る連結金具を用いてモジュール端子同士を接続する状態を示す斜視図である。 図８の連結金具を示す（ａ）側面図、（ｂ）平面図、（ｃ）正面図、（ｄ）（ａ）のｄ−ｄ線における断面図である。 図９の連結金具にモジュール端子を挿入する状態を示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図である。 図１０にさらに固定ねじを挿入する状態を示す（ａ）側面図、（ｂ）正面図、（ｃ）（ａ）のｃ−ｃ線における断面図である。 変形例に係る連結金具のねじ挿入凹部を示す斜視図である。 連結ホルダを示す（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。 組電池の端面に図１３の連結ホルダを装着する状態を示す平面図である。 さらに図１４の連結ホルダを固定ねじで固定する状態を示す平面図である。 図４のモジュール端子に連結ホルダを固定する連結機構を示す模式断面図である。 図１０のモジュール端子に連結ホルダを固定する連結機構を示す模式断面図である。 図１５の組電池を二組、連結して折り返す様子を示す平面図である。 折り返した組電池で構成される電池ユニットの端面を示す正面図である。 図１９の電池ユニットを外装ケースに挿入する様子を示す側面図である。 外装ケースを示す斜視図である。 外装ケース内で冷却風が循環される様子を示す模式断面図である。 外装ケース内部を示す横断面図である。 図２３のＡ−Ａ線における縦断面図である。 外装ケースに樹脂を注入して内部の電池ユニットを押圧する様子を示す模式断面図である。 エンジンとモータの走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。 電源装置の電池モジュールの一例を示す斜視図である。 図２８のケース内部を示す平面図である。 図２９の電極部分の接続構造を示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及びこれを備える車両を例示するものであって、本発明は電源装置及びこれを備える車両を以下のものに特定しない。さらに、本明細書においては、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。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）

図１〜図７に基づいて、本発明の実施の形態１に係る電源装置として、車載用の電源装置に適用した例を説明する。これらの図において、図１は複数の電池モジュール同士を接続した組電池を示す平面図、図２は電池モジュールの端面において、隣接するモジュール端子同士を連結金具で接続する様子を示す斜視図、図３は図２の連結金具の三面図、図４は図３の連結金具にモジュール端子を挿入する状態を示す二面図、図５は図４にさらに固定ねじを挿入する状態を示す三面図、図６は変形例に係る連結金具を用いてモジュール端子同士を接続する状態を示す斜視図、図７はさらに別の変形例に係る連結金具のねじ挿入凹部を示す斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置は、電池モジュール１０を接続した組電池２と、組電池２同士を接続した電池ユニット１と、電池ユニット１を収納する外装ケース５０とを備える。
（電池モジュール１０）

電池モジュール１０は、図１等に示すように、複数の円筒型電池セル１１を、電池セル１１の外装缶を延長した長手方向に沿って接続した、直線状の棒状体である。電池セル１１の端面同士は溶接などにより導電状態に固定されており、これにより電池セル１１同士を直列接続している。さらに複数の電池モジュール１０同士を直列に接続することで、出力電圧を高くしている。電池セル１１は、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が使用される。ただ、電池には、ニッケルカドミウム二次電池等の充電できる全ての電池を使用できる。
（モジュール端子１２）

電池モジュール１０の端面からは、モジュール端子１２を突出させている。モジュール端子１２は、図２等に示すように、Ｌ字状に折曲された金属片で、電池セル１１の端面からほぼ垂直に突出されている。
（連結金具２０）

さらに隣接する電池モジュール１０のモジュール端子１２同士は、連結金具２０により接続される。連結金具２０は可撓性のある金属製とし、これにより固定ねじ３０の挿入によって変形して、モジュール端子１２と連結金具２０との接触面積を増やして強固な電気接続を実現する。
（固定片２１）

図２、図３に示す連結金具２０は、平行に離間された２枚の連結片２２同士を固定片２１で連結する、コ字状の外観としている。また各連結片２２には、モジュール端子１２を挿入する端子挿入部２３と、この端子挿入部２３と連通して、固定ねじ３０を挿入するためのねじ挿入凹部２４を開口している。図３（ｂ）及び（ｃ）に示すコ字状に構成された連結片２２同士の間隔すなわち固定片２１の長さは、接続したい電池セル１１の直径及びモジュール端子１２を設ける位置に応じて設計される。すなわち、接続したい電池モジュール１０同士を並べた状態で、各モジュール端子１２をそれぞれ端子挿入部２３に挿入できる幅に固定片２１は設計される。同様に端子挿入部２３の開口幅も、モジュール端子１２を挿入できる大きさに設計する。

なお固定片２１のコ字状の外形は、図２のように端子挿入部２３を開口した側と反対側同士、すなわち固定ねじ３０の進行方向側の端縁同士を連結する構成とすることで、コ字状の固定片２１がＬ字状に折曲されたモジュール端子１２又は電池セル１１端面に押し当てられ、連結金具２０と電池セル１１との接触面積を増やして一層導電性を改善できる。このため固定片２１は、電池セル１１側に突出するように僅かに湾曲させてもよい。特に固定片２１を湾曲させることで、離間された連結片２２同士の距離を湾曲の具合によって若干調整できるため、製造公差や電池モジュール１０の組み付け公差などに対応しやすくできる。一方、固定片２１の位置は上記構成に限られず、例えば図６のように端子挿入部２３の上端、又は下端同士を接続する形態としてもよい。この場合は、端子挿入部２３の挿入方向に沿って固定片２１Ｘで固定されているため、端子挿入部２３の深さ方向に対する補強となって固定ねじ３０の組み込み作業を安定的に行える利点が得られる。
（連結片２２）

固定片２１で離間された各連結片２２には、端子挿入部２３とねじ挿入凹部２４を設けている。端子挿入部２３はスリット状で、一方の面を略平面状とし、他方の面をＵ曲させてねじ挿入凹部２４を形成している。これにより、金属筒を変形させて端子挿入部２３とねじ挿入凹部２４とを一体的に容易に形成できる利点が得られる。
（ねじ挿入凹部２４）

ねじ挿入凹部２４は、固定ねじ３０を挿入できる大きさに形成される。好ましくは固定ねじ３０の外径よりも僅かに小さい内径とする。これにより、固定ねじ３０を挿入した際、ねじ挿入凹部２４と、これと一体的に形成された端子挿入部２３とが変形して、端子挿入部２３に挿入されたモジュール端子１２との間の接触面を強固にできる。また図７に示すように、ねじ挿入凹部２４の側面に切り込み２５を設けることで、固定ねじ３０を挿入して変形しやすくしてもよい。

またねじ挿入凹部２４は、好ましくは端子挿入部２３のほぼ中央に設ける。これにより、ねじ挿入凹部２４が固定ねじ３０の挿入によって拡開されると、ねじ挿入凹部２４の両側部分で端子挿入部２３が各々均等に変形されて、モジュール端子１２に強く当接され、電気接続の信頼性を向上できる。
（固定ねじ３０）

固定ねじ３０は、セルフタッピングねじやリベットが好適に利用できる。このようにねじ山を設けないねじとすることで、ねじを回転させる必要やねじのトルク管理を不要にし、圧入のみで簡単且つ容易に連結金具２０を固定できる。

以上の構造の連結金具２０は、図４、図５のようにしてモジュール端子１２同士を固定できる。まず、図４（ａ）に示すように、端子挿入部２３にモジュール端子１２を挿入する。次に図５（ａ）に示すように、ねじ挿入凹部２４に固定ねじ３０を挿入する。このとき、図５（ｃ）に示すようにねじ挿入凹部２４の内面が固定ねじ３０の側面で押圧されて変形される結果、反作用として端子挿入部２３の内面がモジュール端子１２側を押圧するように変形しようとする。このため、端子挿入部２３内の広い面積でモジュール端子１２との押圧が得られ、結果としてこれらの接触面積を増して安定した電気接続及び機械的接続を得ることができる。
（実施の形態２）

また連結金具及びモジュール端子の接続構造は、端子挿入部２３をスリット状の閉鎖空間とする他、開放空間として構成することもできる。このような例を実施の形態２として、図８〜図１２に基づき説明する。これらの図において、図８は実施の形態２に係る連結金具２０Ｂを用いてモジュール端子１２Ｂ同士を接続する状態を示す斜視図、図９は図８の連結金具２０Ｂの四面図、図１０は図９の連結金具２０Ｂにモジュール端子１２Ｂを挿入する状態を示す二面図、図１１は図１０にさらに固定ねじ３０を挿入する状態を示す三面図を、図１２はさらに別の変形例に係る連結金具２０Ｂのねじ挿入凹部２４を示す斜視図を、それぞれ示している。これらの図において、上記実施の形態１と同じ部材については、実施の形態１と同じ符号を付して詳細説明を省略する。この例では、モジュール端子１２Ｂの形状を、実施の形態１のような一枚の平板状でなく、２本のスリットを介して３枚の第一端子片１３、第二端子片１４、第三端子片１５に分離している。また連結金具２０Ｂは、部分的にＵ字状に折曲してＵ字状部分に固定ねじ３０を挿入するためのねじ挿入凹部２４を形成する点は実施の形態１と同じであるが、スリット状の端子挿入部に代えて、ねじ挿入凹部２４の両側に、略平板状の接触片２６を備えている。
（連結金具２０Ｂ）

この連結金具２０Ｂは、一枚の金属板を折曲して成形できるので、実施の形態１よりも容易に製造できる利点が得られる。すなわち、図９に示すように、ストリップ状の金属板をまず、長手方向の中央が凸状となるように折曲させた後、図９（ｂ）に示すように長手方向の両側をコ字状に折り返す。このとき、凸状部分が折り返しの妨げとならないように、折り返しの前に凸状の一部を部分的に切断しておくことが望ましい。この結果、図８に示すように、両側で離間された２枚の連結片２２に、Ｕ字状のねじ挿入凹部２４と、その両側の接触片２６とが形成される。
（モジュール端子１２Ｂ）

一方、モジュール端子１２Ｂのスリットは、連結金具２０Ｂを挿入できる厚さで、かつ連結金具２０Ｂをモジュール端子１２Ｂに挿入できる深さに形成される。このモジュール端子１２Ｂ及び連結金具２０Ｂは、図１０（ａ）に示すように、ねじ挿入凹部２４のＵ字状部分の開口部分をモジュール端子１２Ｂのスリットに挿入する。このとき、図１０（ｂ）に示すように、中央の第二端子片１４がねじ挿入凹部２４の開口部分を閉塞するように、また第二端子片１４の左右に位置する第一端子片１３と第三端子片１５がモジュール端子１２Ｂの表側に位置するように、挿入される。この結果、第一端子片１３及び第三端子片１５と、第二端子片１４とがスリットを介して連結金具２０Ｂの表裏面に隔離される状態となる。この状態で、図１１に示すように固定ねじ３０をねじ挿入凹部２４に挿入すると、図１１（ｃ）に示すようにねじ挿入凹部２４が拡開されて変形することにより、ねじ挿入凹部２４の左右に位置する接触片２６が第一端子片１３及び第三端子片１５の裏面を押圧して、この面で面接触状態が強化され、該部分での導電性が確立され、信頼性が高められる。この構成では、連結金具２０Ｂをより簡単な構造としつつ、確実な電気接続が得られる利点が得られる。さらに、固定片２１には中央部分が凸状に突出した凸条が設けられているため、この部分が電池セル１１の端面に押圧されることで、さらに電気接続が図られる副次的な効果も得られる。特にこの凸条は、連結金具２０Ｂの製造過程で生じるため、特別な製造工程が不要で、コスト面でも有利となる。また一方で、図１２に示すようにねじ挿入凹部２４の側面に切り込み２５を設けることで、固定ねじ３０を挿入して変形しやすくしてもよいことも上記図７に示す実施の形態１と同様である。

なお上記の例では、２本の電池モジュール同士を直列接続する連結金具を説明したが、この例に限られるものでなく、例えば電池モジュールや電池セルを並列接続する目的では、３以上のモジュール端子を接続可能な連結金具を利用することもできる。このように連結金具は一種のバスバーとして利用される。
（連結ホルダ４０）

さらに、以上の連結金具は、接続したい電池モジュール毎に個別に装着する他、一括で装着できるように複数の連結金具を所定の間隔で配置した連結ホルダを用意することで、このような組み立て作業を一層効率化できる。このような例を、図１３〜図１７に基づいて説明する。これらの図において、図１３は連結ホルダ４０の二面図、図１４は組電池２の端面に図１３の連結ホルダ４０を装着する状態を示す平面図、図１５はさらに図１４の連結ホルダ４０を固定ねじ３０で固定する状態を示す平面図、図１６は図４のモジュール端子１２に連結ホルダ４０を固定する連結機構を示す模式断面図、図１７は図１０のモジュール端子１２Ｂに連結ホルダ４０を固定する連結機構を示す模式断面図を、それぞれ示している。

この連結ホルダ４０は、図１３（ａ）に示すように、複数の連結金具２０Ｂを予め所定の間隔で、所定の姿勢にて保持するように配置している。すなわち、連結すべき電池モジュール１０のモジュール端子１２Ｂ同士を複数の連結金具２０Ｂで各々固定できる位置及び姿勢に、連結ホルダ４０は各連結金具２０Ｂを固定している。この例では連結ホルダ４０を樹脂製とし、複数の連結金具２０Ｂをインサート成型によって所定位置に固定している。この連結ホルダ４０を用いることで、まず、図１４に示すように、予め複数本の電池モジュール１０を構成し、各電池モジュール１０の端面を揃えるなどして連結すべきモジュール端子１２Ｂを突出させるよう、治具などで保持する。そして、上下の両端面に連結ホルダ４０をそれぞれ装着する。この状態では、図１３（ｂ）に示すように、各モジュール端子１２Ｂが連結ホルダ４０内に埋め込まれた連結金具２０Ｂのねじ挿入凹部２４に各々挿入される。さらに図１５に示すように、各端面から固定ねじ３０を各々挿入して固定する。この方法であれば、連結金具２０Ｂの装着を一括して行うことができるため、非常に作業能率がよい。また連結金具２０Ｂの位置を規定しておくことで、電池モジュール１０の接続ミスも回避できる。

なお図１３に示す連結ホルダ４０の例では、連結金具２０Ｂとして図８のタイプを利用しているが、図２の連結金具２０を用いることも可能であることはいうまでもない。また連結ホルダ４０には、後述する電池モジュール冷却用の冷却気体を供給するための冷却スリット４１を開口しても良い。
（連結機構）

さらに、モジュール端子に連結金具を装着する際に、両者を固定するための連結機構を設けてもよい。例えば図１６の例では、モジュール端子１２の一部を段差状に切り欠いた係止部１６を設ける一方、連結金具２０側には、この係止部１６に係止させるよう突出させた係止片４２を設ける。これにより、モジュール端子に連結ホルダ４０を装着した状態で抜け落ちないように固定状態を維持でき、電源装置の安定性、信頼性を向上できる。

このような連結機構は、各連結金具に設ける他、連結ホルダ４０内に組み込むこともできる。例えば図１７の例では、連結ホルダ４０の、ねじ挿入凹部２４を開口させた面から係止片４２を突出させるように成形している。これによれば、連結ホルダ４０をモジュール端子１２Ｂに装着する際に、同時に係止片４２を係止部１６に係止させることができ、連結機構による固定作業の手間も省力化できる利点が得られる。またこのような係止片４２は連結ホルダ４０を樹脂成型する際に一体的に設けることで、製造コストを低減できる。
（電池ユニット１）

さらに以上のようにして得られた組電池２を複数積層して電池ユニット１を構成し、外装ケース５０に挿入して電源装置を得る。この様子を、図１８〜図２５に基づいて説明する。これらの図において、図１８は図１５の組電池２を二組、連結して折り返す様子を示す平面図、図１９は折り返した組電池２で構成される電池ユニット１の端面を示す正面図、図２０は図１９の電池ユニット１を外装ケース５０に挿入する様子を示す側面図、図２１は外装ケース５０の斜視図、図２２は外装ケース５０内で冷却風が循環される様子を示す模式断面図、図２３は外装ケース５０内部を示す横断面図、図２４は図２３のＡ−Ａ線における縦断面図、図２５は外装ケース５０に樹脂を注入して内部の電池ユニット１を押圧する様子を示す模式断面図を、それぞれ示している。

この例では、組電池２を二組積層して電池ユニット１を構成している。ここではまず、図１８に示すように予め連結ホルダ４０を用いてモジュール端子１２Ｂを接続した組電池２を構成すると共に、二組の組電池２を高電圧ケーブル４３で接続して、折り返すように積層して電池ユニット１を構成する。この際、図２３、図２４の断面図に示すように、電池モジュール１０を保持するために、各組電池２は押さえバー４４で下面を支持すると共に、組電池２同士を折り返して積層する際、その間に仕切り板４５を介在させる。押さえバー４４や仕切り板４５には、電池モジュール１０を保持しやすいように、電池モジュール１０を保持する部分をそれぞれ凹状に形成している。これにより、各電池モジュール１０は押さえバー４４と仕切り板４５とで狭持されて機械的に安定して保持される。またこの際、上下に位置する電池モジュール１０同士を締結バンド４６などで締結することも好ましい。これによって、電池モジュール１０を確実に保持できる。
（外装ケース５０）

積層された電池ユニット１は、図１９に示すように両端面で連結ホルダ４０同士が積層される。この状態で図２０に示すように、電池ユニット１が外装ケース５０に挿入される。この例では、外装ケース５０は、側面の一方を開口した有底筒状に形成され、開口部分から電池ユニット１を挿入した後、端面板で開口部分を閉塞する。また外装ケース５０の端面には、図２１の斜視図に示すように、電力を取り出すための電力線引き出し部５１に加え、内部の電池モジュール１０を冷却するための冷却気体を循環させるよう、冷却気体の流入口５２と排出口５３とが開口されている。これらは、冷却気体のダクトと連結されており、図２２に示すようにダクトを介して冷却空気がファンなどの送風機構によって循環される。また、すべての電池モジュールに冷却気体を供給するため、上段の組電池２と下段の組電池２との間には、冷却空気路が連通されるよう、連通開口部５４を設けている。
（狭持機構）

さらに外装ケース５０は、内部に収納する電池ユニット１を確実に固定するよう、外装ケース５０の対向する主面５８で内部の電池ユニット１を狭持する狭持機構を備えることもできる。ここでは、外装ケース５０をある程度可撓性を有するポリエチレン等の樹脂で構成すると共に、図２５（ａ）の断面図に示すように、外装ケース５０の側壁５５に膨張空間５６を設け、かつ該膨張空間５６に連通する樹脂注入口５７を開口している。この膨張空間５６は横方向に膨らみやすいよう、側壁５５を二重状として上下を固定し、この二枚の側壁５５の間に膨張空間５６を画定している。この構成によって、先に外装ケース５０内部に電池ユニット１を挿入した後、樹脂注入口５７から発泡性樹脂を膨張空間５６内に充填し硬化させる。この結果、図２５（ｂ）に示すように膨張空間５６が横方向に膨張する結果、相対的に外装ケース５０の主面５８同士の間隔が短くなって、内側に向けて押圧される。これにより、主面５８には外側から内側の力が加わって、外装ケース５０の内部に収納された電池ユニット１の上下面が主面５８によって狭持されて、外装ケース５０内部で確実に保持される。また、電池ユニット１と外装ケース５０主面５８とを密着させることで、この界面での空気層の形成を低減して熱伝導性を改善でき、電池セル１１で発生した熱を効率よく外部に放出できる利点も得られる。

以上の電源装置は、車載用のバッテリシステムとして利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。

図２６に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｂと、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム１００Ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００Ｂの電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム１００Ｂから電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する。

また図２７に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｃと、このバッテリシステム１００Ｃの電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、バッテリシステム１００Ｃから電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００Ｃの電池を充電する。

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。

１…電池ユニット
２…組電池
１０…電池モジュール
１１…電池セル
１２、１２Ｂ…モジュール端子
１３…第一端子片
１４…第二端子片
１５…第三端子片
１６…係止部
２０、２０Ｂ…連結金具
２１、２１Ｘ…固定片
２２…連結片
２３…端子挿入部
２４…ねじ挿入凹部
２５…切り込み
２６…接触片
３０…固定ねじ
４０…連結ホルダ
４１…冷却スリット
４２…係止片
４３…高電圧ケーブル
４４…押さえバー
４５…仕切り板
４６…締結バンド
５０…外装ケース
５１…電力線引き出し部
５２…流入口
５３…排出口
５４…連通開口部
５５…側壁
５６…膨張空間
５７…樹脂注入口
５８…主面
９３…モータ；９４…発電機；９５…ＤＣ／ＡＣインバータ；９６…エンジン
１００Ｂ、１００Ｃ…バッテリシステム
２１０…電池モジュール；２１１…電池；２２０…バスバー
２３０…出力端子；２３２…貫通孔
２４１…ナット；２４５…止めネジ
２５０…ケース；２５４…凹部
ＥＶ、ＨＶ…車両

Claims (11)

1. 複数の円筒形の電池セルを直線状に連結した複数の電池モジュール(10)と、
   前記電池モジュール(10)の両端で電池セルの電極と電気的に接続され、該電池セル端面に突出させたモジュール端子と、
   隣接する電池モジュール(10)の前記モジュール端子同士を接続する連結金具と、
   を備える電源装置であって、
   前記連結金具が、前記モジュール端子を挿入する端子挿入部(23)と共に、
   前記端子挿入部(23)と連通して、固定ねじ(30)を挿入するためのねじ挿入凹部(24)を、それぞれ２以上開口しており、
   各端子挿入部(23)にそれぞれモジュール端子を挿入した状態で、前記ねじ挿入凹部(24)に前記固定ねじ(30)を挿入することで、該固定ねじ(30)の側面が該ねじ挿入凹部(24)の内面を押圧して該ねじ挿入凹部(24)が拡開され、前記モジュール端子と前記連結金具とが固定されるよう構成してなることを特徴とする電源素値。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記端子挿入部(23)がスリット状で、一方の面を平面状とし、他方の面をＵ曲させてねじ挿入凹部(24)を形成してなることを特徴とする電源装置。
3. 複数の円筒形の電池セルを直線状に連結した複数の電池モジュール(10)と、
   前記電池モジュール(10)の両端で電池セルの電極と電気的に接続され、該電池セル端面に突出させたモジュール端子と、
   隣接する電池モジュール(10)の前記モジュール端子同士を接続する連結金具と、
   を備える電源装置であって、
   前記連結金具が、
   部分的にＵ字状に折曲され、該Ｕ字状部分に固定ねじ(30)を挿入するためのねじ挿入凹部(24)を形成すると共に、
   前記ねじ挿入凹部(24)の両側に、平板状の接触片(26)を備えており、
   前記モジュール端子が平板状で、２本のスリットにより第一端子片(13)、第二端子片(14)、第三端子片(15)に分離されてなり、
   前記スリットは、前記連結金具を挿入できる厚さで、かつ中央に位置する第二端子片(14)が、前記ねじ挿入凹部(24)の開口部と等しい大きさに形成されており、
   前記スリットに、前記ねじ挿入凹部(24)のＵ字状部分の開口部分を挿入し、前記ねじ挿入凹部(24)を前記第二端子片(14)で閉鎖すると共に、該第二端子片(14)の両側に位置する第一端子片(13)及び第三端子片(15)を、前記接触片(26)と各々当接させた状態で、前記ねじ挿入凹部(24)に前記固定ねじ(30)を挿入することにより、該固定ねじ(30)の側面が該ねじ挿入凹部(24)の内面を押圧して該ねじ挿入凹部(24)が拡開され、前記モジュール端子と前記連結金具とが固定されるよう構成してなることを特徴とする電源素値。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記連結金具が全体の外形をコ字状とし、
   該コ字状を形成する平行に離間された２枚の連結片(22)に各々、前記ねじ挿入凹部(24)を設けてなることを特徴とする電源装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記ねじ挿入凹部(24)が、前記連結金具の中央に設けられてなることを特徴とする電源装置。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、さらに、
   前記複数の電池モジュール(10)を平行に並べた状態で、連結すべき電池モジュール(10)同士の間隔に応じて、前記連結金具を各々位置させるように、複数の連結金具を固定した連結ホルダ(40)を備えてなることを特徴とする電源装置。
7. 請求項６に記載の電源装置であって、
   前記連結ホルダ(40)が樹脂製であり、前記複数の連結金具をインサート成型によって固定してなることを特徴とする電源装置。
8. 請求項６又は７に記載の電源装置であって、
   前記モジュール端子に前記連結ホルダ(40)を装着する際に、両者を固定するための連結機構を備えてなることを特徴とする電源装置。
9. 請求項８に記載の電源装置であって、
   前記連結機構が、
   前記モジュール端子の一部を段差状に切り欠いた係止部(16)と、
   前記連結ホルダ(40)の、前記ねじ挿入凹部(24)を開口させた面から突出させた係止片(42)とで構成され、
   前記モジュール端子に前記連結ホルダ(40)を装着することで、前記係止片(42)が前記係止部(16)に係止されるよう設計されてなることを特徴とする電源装置。
10. 請求項１から９のいずれか一に記載の電源装置であって、
    前記固定ねじ(30)が、セルフタッピングねじ又はリベットであることを特徴とする電源装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。

Images