JP2013073914A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】端子周りに絶縁部材やハーネス固定部材を簡単な構造で設けることができる組電池を提供する。
【解決手段】複数の単電池７を並設し、各単電池７の間にスペーサ８を配設した組電池１において、バスバー１０で接続されない隣接する単電池７の端子４１，４２間に絶縁壁４８を設け、絶縁壁４８をスペーサ８と一体に形成する。絶縁壁４８を組電池７の端子側にあるスペーサ８の端部から突出して設ける。
【選択図】図９

Description

本発明は、複数の単電池が組み合わされた組電池、詳しくは隣接する単電池の端子間の絶縁部材の構造に関する。

従来、特許文献１、特許文献２に記載のような複数の単電池を組み合わせた組電池では、隣接する２つの単電池の一方の側の正極端子と負極端子はバスバーによって接続されるが、他方の側の負極端子と正極端子は接続されないので、その間に短絡防止のために絶縁部材が設置されることが望まれる。

また、各単電池の端子には電圧検出用等のハーネスが接続され、このハーネスを配線するスペース及び経路を確保するとともに、ハーネスを固定する部材も必要である。

このように、単電池の端子の周囲に、絶縁部材、ハーネス配線用のスペースや経路、ハーネス固定部材を設けると、構造が複雑で、組み立ても煩雑になるという問題がある。

特開２０１０−２７２２５１号公報 特開２０１１−７６９６７号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、端子周りに絶縁部材を簡単な構造で設けることができる組電池を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、
複数の単電池を並設し、各単電池の間にスペーサを配設した組電池において、バスバーで接続されない隣接する単電池の端子間に絶縁壁を設け、前記絶縁壁を前記スペーサと一体に形成したものである。

前記絶縁壁を前記組電池の端子側にある前記スペーサの端部から突出して設けることが好ましい。これにより、絶縁壁を持ってスペーサのみを引き出すことができ、スペーサの配置替えや交換が容易となる。

前記絶縁壁が、前記組電池の端子側から見て、前記組電池の一端の単電池から他端の単電池に向かう方向に千鳥状に配置されていることが好ましい。

蓋部材を前記各単電池の端子がある面を覆うように設けることが好ましい。

前記絶縁壁に１対の係合孔を設け、
前記１対の係合孔の一方の係合孔に、前記絶縁壁を挟んで対向する前記組電池の一方の前記蓋部材に設けた係合突起を係合し、
前記１対の係合孔の他方の係合孔に、前記絶縁壁を挟んで対向する前記組電池の他方の前記蓋部材に設けた係合突起を係合することが好ましい。

前記各単電池の底に底部材を配設し、前記底部材に前記スペーサを着脱可能とすることが好ましい。これにより、単電池と底部材を並設した後、絶縁壁を持ってスペーサを単電池の間に差し込んで底部材に装着することができ、またスペーサを底部材に装着していたとしても、絶縁壁を引っ張ることで、スペーサだけを引き出すことができるので、向きの修正や交換が容易である。

本発明によれば、バスバーで接続されない隣接する単電池の端子間に絶縁壁を設け、絶縁壁をスペーサと一体に形成したので、絶縁壁を別個に設ける必要がなく、端子周りの構造が簡単となるうえ、部品点数が減少し、組み立てが容易になる。

本発明に係る組電池の斜視図。 図１の組電池の分解斜視図。 組電池アセンブリの分解斜視図。 スタックケース、エンドプレート及びスタック外の斜視図。 （Ａ）はスペーサの斜視図、（Ｂ）はスペーサの正面図。 （Ａ）２種類の底部材の斜視図、（Ｂ）はその断面図。 （Ａ）２種類の中蓋部材の斜視図、（Ｂ）はその断面図。 スタックケースに底部材、単電池及びスペーサのセットを収容する状況を示す斜視図。 スタックケースに収容された単電池及びスペーサにバスバー及び中蓋部材を装着する状況を示す斜視図。 組み立てられた組電池の断面図。 ハーネスの配線状態を示す組電池の平面図。 組電池の冷却流路を示す断面図。 単電池の端子回りの絶縁構造を示す断面図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。本明細書では、説明の便宜上、図１に示すように、水平面内で互い直交するＸ，Ｙ軸と、これらのＸ，Ｙ軸に直交する鉛直面内のＺ軸とを設定する。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に平行な方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という。

図１は、本発明の実施の形態に係る組電池１を示す。この組電池１は、図２に示すように、大別して、スタックケース２と、エンドプレート３ａ，３ｂ、組付けシャフト４、スタック外蓋５と、組電池アセンブリ６とから構成されている。

図４に示すように、スタックケース２は鋼板から製造されている。スタックケース２は、Ｘ方向及びＹ方向に延びる矩形の底板１２と、底板１２のＹ方向の両端にＺ方向に立ち上がる左壁部１３ａ，右壁部１３ｂとから構成されている。スタックケース２のＸ方向の両端及びＺ方向の上端は開放されている。

底板１２は、中央部がＹ方向の両端部よりも僅かに高く形成された凸部１４を有している。凸部１４は、底板１２を補強するとともに、後述する底部材９の凹部５４がＸ方向に移動可能に係合するように形成されている。
左壁部１３ａ及び右壁部１３ｂは、外壁１５と内壁１６からなっている。外壁１５の下端は、底板１２のＹ方向の両端と連続するように、底板１２と一体に形成されている。内壁１６の下端は底板１２に接合されている。外壁１５と内壁１６の上端部１７は互いに接近する方向にＬ字形に屈曲して接合されている。

左壁部１３ａの外壁１５と内壁１６の間には、Ｘ方向に延び、かつ、Ｙ方向の両側端が外壁１５と内壁１６に接合された２つのリブ１８ａ，１８ｂが設けられている。上部リブ１８ａより上方の外壁１５と内壁１６の間の空間は、第１冷媒通路１９を形成している。下部リブ１８ｂより下方の外壁１５と内壁１６の間の空間は、第２冷媒通路２０を形成している。第１冷媒通路１９のＸ方向に直角な断面は、第２冷媒通路２０のＸ方向に直角な断面よりも小さく形成されている。第１冷媒通路１９と第２冷媒通路２０の大小は、単電池７の表面温度が高い部分に多くの冷媒が流れるように決定すればよく、実施例の形状には限定されない。
右壁部１３ｂにも、同様に、リブ１８ａ，１８ｂにより第３冷媒通路２１と第４冷媒通路２２が形成されている。

左壁部１３ａの内壁１６には第１冷媒通路１９に連通する複数の第１開口部２３がＸ方向に後述するスペーサ８の配列間隔と同じ一定間隔で形成されている。同様に、第２冷媒通路２０に連通する複数の第２開口部２４がＸ方向に第１開口部２３と同じ一定間隔で形成されている。第１開口部２３と第２開口部２４は、Ｘ方向の幅は同じであるが、Ｚ方向の長さが異なり、第１開口部２３が第２開口部２４よりも小さくなるように形成されている。第１冷媒通路１９と第２冷媒通路２０と同様に、第１開口部２３と第２開口部２４の大小は、単電池７の表面温度が高い部分に多くの冷媒が流れるように決定すればよく、実施例の形状には限定されない。
右壁部１３ｂの内壁１６にも、左壁部１３ａの第１開口部２３と第２開口部２４と同様な第３開口部２５と第４開口部２６が形成されている。

壁部１３ａ，１３ｂの上端部１７には、スタック外蓋５をネジで固定するためのナット２７が固着されている。

エンドプレート３ａ，３ｂは、スタックケース２のＸ方向の両端の開口を閉鎖する板状の部材である。図４において左側のエンドプレート３ａの一端部には、スタックケース２の左壁部１３ａの第１冷媒通路１９に連通する第１冷媒入口２８と第２冷媒通路２０に連通する第２冷媒入口２９が形成されている。同様に、右側のエンドプレート３ｂの端部には、スタックケース２の右壁部１３ｂの第３冷媒通路２１に連通する第１冷媒出口３０と第４冷媒通路２２に連通する第２冷媒出口３１が形成されている。第１，第２冷媒入口２８，２９、第１，第２冷媒出口３０，３１は、スタックケース２に面する縁部に、スタックケース２に向かって突出する突部３２を有し、各突部３２は第１，第２冷媒通路１９，２０、第３、第４冷媒通路２１，２２に挿入されており、冷却媒体がスタックケース２とエンドプレート３ａ，３ｂの間の隙間から漏出しないようになっている。エンドプレート３ａ，３ｂの上端面には、後述するスタック外蓋５の差込み片３９が差し込まれるスリット３３が形成されている。さらに、エンドプレート３ａ，３ｂの上端面の中央には、ハーネス引き出し用の切欠き３４が形成されている。

組付けシャフト４は、図２に示すように、スタックケース２の２つのリブ１８ａ，１８ｂの間に挿通される丸棒である。組付けシャフト４は中央の大径部３５と両端の小径部３６とからなっている。シャフト４の両端の小径部３６にはナット３７が取り付けられるようになっている。シャフト４の中央の大径部３５の長さは、スタックケース２のＸ方向の長さよりも長く形成され、シャフト４の両端の小径部３６にエンドプレート３ａ，３ｂを介してナット３７を締め付けたとしてもスタックケース２を押し潰さないように形成されている。

図４に戻ると、スタック外蓋５は、鋼板から製造されている。スタック外蓋５のＹ方向の両端には、Ｚ方向にスタックケース２に向かって折り曲げることにより、スタックケース２の上端部１７にネジ止めされる取付片３８が形成されている。スタック外蓋５のＸ方向の両端には、Ｚ方向にエンドプレート３ａ，３ｂに向かって折り曲げることにより、エンドプレート３ａ，３ｂのスリット３３に差し込まれる差込み片３９が形成されている。スタック外蓋５は、内面中央部にＹ方向の両端部よりも僅かに高く形成された凸部４０を有している。凸部４０は、スタック外蓋５を補強するとともに、後述する中蓋部材１１の凹部７１に係合して、中蓋部材１１を押さえるように形成されている。

図３において、組電池アセンブリ６は、複数の単電池７と、組電池７より１個多いスペーサ８と、組電池７と同じ数の底部材９と、組電池７より１個少ないバスバー１０と、組電池７と同じ数の中蓋部材１１とから構成されている。

単電池７は、リチウムイオン電池などの非水二次電池からなっている。単電池７は、スタックケース２の左壁部１３ａと右壁部１３ｂの間に収容可能なＸ方向の幅と、Ｙ方向の奥行きと、Ｚ方向の高さとを有している。単電池７は、上面に正と負の電極４１，４２を有している。単電池３は、文字通り単一の電池であってもよいし、Ｘ方向に列設して複数の小電池のユニットで構成されていてもよい。

図５に示すように、スペーサ８は、合成樹脂から成型されている。スペーサ８は、Ｙ方向に延びる上桟４３と下桟４４を有し、これらの上桟４３と下桟４４の間に、第１凹凸部４５と、第２凹凸部４６と、ストレート部４７とが形成されている。
第１凹凸部４５は、Ｘ方向から見た第１面に、凹部と凸部がＺ方向に交互に波形に形成され、第１面の裏側の第２面にも、凹部と凸部がＺ方向に交互に波形に形成されている。
第２凹凸部４６は、前記第１凹凸部４５と同様に、凹部と凸部が交互に波形に形成されているが、第１凹凸部４５の凹部と凸部が逆に形成されている。
ストレート部４７は、上桟４３と下桟４４を連結し、Ｚ方向に真っ直ぐに延びて、スペーサ８がＺ方向に伸びるのを防止するものである。

スペーサ８の上桟４３の上端の一端寄りには、単電池７の端子４１，４より大きなＹ方向の幅を有する絶縁壁４８が上方に突出するように一体に形成されている。絶縁壁４８をスペーサ８に一体に形成することで、絶縁壁４８を別個に別部品として設ける必要がなく、部品点数が減少する。絶縁壁４８には２つの係合孔４９ａ，４９ｂがＹ方向に並んで形成されている。係合穴４９ａ，４９ｂには、後述する中蓋部材１１の係合突起６５が係合するようになっている。
スペーサ８の下桟４４の下端の両側部には、それぞれ１対の係合爪５０ａ，５０ｂが形成されている。係合爪５０ａ，５０ｂは、１対の弾性アームの先端に爪を形成したもので、後述する底部材９の係合孔５３に係合するようになっている。

図６に示すように、底部材９は、合成樹脂から成型されている。底部材９は、各単電池７に対応して設けられている。底部材９は、上面に１個の単電池７が載置される基部５１と、基部５１のＹ方向両端からＺ方向に立ち上がる突出片５２とからなっている。
基部５１には、一側端にスペーサ８の１対の係合爪５０ａ，５０ｂが係合する係合孔５３が形成されている。基部５１の底面には、前述のスタックケース２の凸部１４が係合する凹部５４が形成されている。基部５１には、随所に軽量化、及び成型時のひけ防止のため、長孔５５が形成されている。
突出片５２は、スタックケース２の左右壁部１３ａ，１３ｂと単電池７の間の隙間に介在し、単電池７のＹ方向の移動を防止している。
組電池アセンブリ６のＸ方向の最も端に位置する底部材９ａは、２つのスペーサ８が取り付けられるように、基部５１の両側端に係合孔５３が形成されているため、他の底部材９よりも幅広に形成されている。

図３に戻ると、バスバー１０は、導電性の板状材料からなり、隣接する単電池７の正極端子４１と負極端子４２を電気的に接続する。

図７に示すように、中蓋部材１１は、合成樹脂から成型されている。中蓋部材１１は、各単電池７に対応して設けられている。中蓋部材１１は、第１中蓋部材１１ａと第２中蓋部材１１ｂの２種類で構成されている。中蓋部材１１は、単電池７の端子４１，４２がある面を見て単電池７の短辺方向の寸法と同じ幅を有し、単電池７の長辺方向の寸法と同じ長さを有する。

第１中蓋部材１１ａは、中央の基部５６と、基部５６の両側に基部５６よりも高く形成された端子絶縁部５７と、端子絶縁部５７の端よりＺ方向に立ち下がる突出部５８とからなっている。
基部５６の上面中央には、Ｘ方向の一側端に、切欠き５９が形成され、この切欠き５９の対向する縁部に、ハーネスを固定するための１対のベンディングアームからなる固定部６０が形成されている。また、基部５６の上面の一端部には、一方の側端寄りの位置から中央に向かってＹ方向に延びる第１案内部６１ａと、第１案内部６１ａの端から他方の側端に向かってＸ方向に延びる第２案内部６１ｂとからなる案内部６１が形成されている。同様に、基部５６の上面の他端部には、一方の側端寄りの位置から中央に向かってＹ方向に延びる第１案内部６１ａと、第１案内部６１ａの端から他方の側端に向かってＸ方向に延びる第２案内部６１ｂとからなる案内部６１が形成されている。また、基部５６の両端部には軽量化、材料削減、成形不良防止のための開口６２が形成されている。

端子絶縁部５７には、一方の側縁に切欠き６３が形成されている。切欠き６３は、第１中蓋部材１１ａを単電池７の上に装着したときに、単電池７の端子４１，４２の上方に位置し、かつ、端子４１，４２の約半分が露出するような位置に形成されている。端子絶縁部５７の他方の側縁に設けた補強リブ６４には、スペーサ８の絶縁壁４８と対向し、かつ、絶縁壁４８の係合孔４９ａ，４９ｂの一方に係合する係合突起６５が形成されている。

突出部５８には、Ｘ方向両側縁に補強リブ６６が形成され、補強リブ６６を連結して箱状にする補強板６７が形成されている。補強リブ６６の上端には、係合溝６８が形成されている。両補強リブ６６の下端は下方に向かって先細りになったテーパ６９が形成されている。

第２中蓋部材１１ｂは、固定部６０と、係合突起６５、係合溝６８を除き、ＸＹ平面を見て、第１中蓋部材１１ａと鏡対称に形成されている。
第２中蓋部材１１ｂの基部５６の固定部６０は、第１中蓋部材１１ａの固定部６０と同じ側縁に形成されているが、Ｘ方向の中心線Ｃに対して反対側に形成されている。
第２中蓋部材１１ｂの端子絶縁部５７の係合突起６５は、第１中蓋部材１１ａの端子絶縁部５７の係合突起６５と反対の側縁に形成され、かつ、Ｘ方向の中心線から遠くに形成されている。
第２中蓋部材１１ｂの突出部５８には、第１中蓋部材１１ａの係合溝６８と係合する係合突起７０が形成されている。

次に、以上の構成からなる組電池１の組み立て手順について説明する。

図８に示すように、スタックケース２のリブ１８ａ，１８ｂの間にシャフト４を挿通し、該シャフト４の一端にエンドプレート３ａを介してナット３２を装着し、エンドプレート３ａをスタックケース２の一端に当て、スタックケース２の他端は開放しておく。このエンドプレート３ａは組電池アセンブリ６を収容した後に取り付けてもよい。

次に、スペーサ８の下端の係合爪５０ａ，５０ｂを底部材９の係合孔５３に係合してスペーサ８と底部材９を一体にし、底部材９に単電池７を載せる。このスペーサ８、底部材９、及び単電池７の１組をスタックケース２の開放した端部から挿入し、底部材９の凹部５４をスタックケース２の凸部１４に係合し、スタックケース２の奥に向かってＸ方向にスライドさせてスタックケース２内に収容する。同様にして他の全てのスペーサ８、底部材９、及び単電池７の１組をスタックケース２に収容する。なお、最後の底部材９ａには両端にスペーサ８を装着し、単電池７が２つのスペーサ８，８に挟まれるようにした状態で、スタックケース２に収容する。スペーサ８は、絶縁部４８がＸ方向からみて左右交互になるように配置する。このようにすると、スペーサ８の絶縁壁４８、組電池１の端子側すなわちＺ方向に見て、組電池の一端の単電池から他端の単電池に向かう方向すなわちＸ方向に千鳥状に配置される。

ここで、誤組により、スペーサ８の絶縁壁４８が千鳥配置になっていない場合には、誤って配置されたスペーサ８の絶縁壁４８を上方に引っ張ると、スペーサ８の係合爪５０ａ，５０ｂが底部材９の係合孔５３から外れるので、スペーサ８だけを引き出すことができ、正しい方向に配置することができる。
スペーサ８には絶縁壁４８が一体に形成されているので、絶縁壁４８を別個に取り付ける必要がなく、端子４１，４２周りの構造が簡単となるうえ、スペーサ８だけを取り付ければよいので、組み立てが容易になる。

全てのスペーサ８、底部材９，９ａ、及び単電池７をスタックケース２に収容した後、スタックケース２の開放端にエンドプレート３ｂを当てエンドプレート３ｂから突出するシャフト４にナット３２を装着して締め付ける。このとき、シャフト４の大径部３５はスタックケース２の長さより長いので、ナット３２を締め付けてもエンドプレート２のＸ方向の長さはシャフト４の大径部３５の長さより縮まることはなく、スタックケース２が押し潰されることはない。

続いて、図９に示すように、隣接する単電池７の電極４１，４２にバスバー１０を装着し、全ての単電池７を直列に接続する。次に、中蓋部材１１ａ，１１ｂを各単電池７の上に装着する。このとき、第１中蓋材１１ａと第２中蓋材１１ｂを交互に装着し、一端側では切欠き６３と切欠き６３が対向し、他端側で係合突起６５と係合突起６５が対向するようにする。そして、第１中蓋部材１１ａの係合突起６５をスペーサ８の隣接する一方の係合孔４９ａに係合し、第２中蓋部材１１ｂの係合突起６５をスペーサ８の隣接する他方の係合孔４９ｂに係合する。ここで、第２中蓋部材１１ｂを左右逆に装着しようとしても、第２中蓋部材１１ｂの係合突起６５が係合する係合穴４９ｂには既に第１中蓋部材１１ａの係合突起６５が係合しているので、第２中蓋部材１１ｂを装着することができない。これにより、中蓋部材１１ａ，１１ｂの誤組を防止することができる。

図１３は隣接する単電池７，７の端子４１，４２回りの絶縁構造を示す。端子４１，４２間にはスペーサ８の絶縁壁４８が位置し、絶縁壁４８には第１中蓋部材１１ａと第２中蓋部材１１ｂのそれぞれの端子絶縁部５７が係合しているため、図１３において左の単電池７の端子４１から右の単電池７の端子４２に至る長い沿面距離が確保され、隣接する単電池７，７の端子４１，４２は電気的に十分に絶縁されている。

第１中蓋部材１１ａと第２中蓋部材１１ｂの突出部５８は，図１０に示すように、スタックケース２の壁部１３ａ，１３ｂと単電池７の間に挿入されるので、単電池７のＹ方向のずれが防止される。なお、単電池７のＸ方向のずれを防止するために、エンドプレート３ａ，３ｂとこれに対向するスペーサ８との間に板バネなどの弾性部材を介在するようにしてもよい。

次に、図１１に示すように、各端子４１，４２に電圧検出用のハーネスを接続し、隣接する第１中蓋部材１１ａと第２中蓋部材１１ｂの第１案内部材６１ａが形成するガイド溝に沿って中央に向かって配線し、中央で９０°に屈曲させて、隣接する第２案内部材６１ｂが形成するガイド溝に沿って配線し、固定部６０に適宜固定しながらエンドプレート３ａ，３ｂの切欠き３４を経てスタックケース２の外部に導出する。
配線を終えると、スタックケース２の上部開口にスタック外蓋５を載置し、スタック外蓋５の取付片３８をスタックケース２の両端の上端部１７に重ね、スタック外蓋５の差込み片３９をエンドプレート３ａ，３ｂのスリット３３に差し込み、ボルト締めして取り付ける。このとき、スタック外蓋５の凸部４０が、第１中蓋部材１１ａと第２中蓋部材１１ｂの基部５６とその両側の端子絶縁部５７の間の段差で形成される凹部７１に嵌合して、第１中蓋部材１１ａと第２中蓋部材１１ｂが単電池７に向かって押し付けられる。

以上のようにして組電池１の組み立てが完了するが、組み立て手順はこれに限るものではなく、全ての単電池７、スペーサ８、及び底部材９をスタックケース２の外側で組み立てておき、そのアセンブリ６を一度にスタックケース２に収容してもよい。

続いて、組電池１の作用について説明する。

図１２に示すように、スタックケース２の左壁部１３ａの第１冷媒通路１９と第２冷媒通路２０に導入された冷媒は、それぞれ内壁１６の第１開口部２３と第２開口部２４からスペーサ８の第１，第２凹凸部４５，４６に流入する。第１，第２凹凸部４５，４６を順次通過する間に、冷媒は隣接する単電池７を冷却する。スペーサ４の第１，第２凹凸部４５，４６を全て通過した冷媒は、スタックケース２の右壁部１３ｂの第３開口２５と第４開口２６を通って、第３冷媒通路２１と第４冷媒通路２２に流出する。

１ 組電池
７ 単電池
８ スペーサ
９ 底部材
１０ バスバー
１１ 中蓋部材
４１ 正極端子
４２ 負極端子
４８ 絶縁壁
４９ａ，４９ｂ 係合孔
６０ 固定部
６５ 係合突起

Claims (6)

1. 複数の単電池を並設し、各単電池の間にスペーサを配設した組電池において、バスバーで接続されない隣接する単電池の端子間に絶縁壁を設け、前記絶縁壁を前記スペーサと一体に形成したことを特徴とする組電池。
2. 前記絶縁壁を前記組電池の端子側にある前記スペーサの端部から突出して設けたことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
3. 前記絶縁壁が、前記組電池の端子側から見て、前記組電池の一端の単電池から他端の単電池に向かう方向に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
4. 蓋部材を前記各単電池の端子がある面を覆うように設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の組電池。
5. 前記絶縁壁に１対の係合孔を設け、
   前記１対の係合孔の一方の係合孔に、前記絶縁壁を挟んで対向する前記組電池の一方の前記蓋部材に設けた係合突起を係合し、
   前記１対の係合孔の他方の係合孔に、前記絶縁壁を挟んで対向する前記組電池の他方の前記蓋部材に設けた係合突起を係合したことを特徴とする請求項４に記載の組電池。
6. 前記各単電池の底に底部材を配設し、前記底部材に前記スペーサを着脱可能としたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の組電池。

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