JP2013168357A - 電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気デバイスを保護して、耐久性を高めることができる電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置1であって、少なくとも一つの単電池50を有する電池本体である組電池470と、組電池470上に配置された電気デバイスである制御回路6と、制御回路6を構成する部品である回路素子631の側方に配置された壁体622a〜622cとを備え、壁体622a〜622cの高さは、回路素子631の高さよりも高い。
【選択図】図21

Description

本発明は、例えばスタックされた複数の二次電池から構成される組電池を有する電源装置に関する。
二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、IT機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車や産業用大型電気機器への応用も進められている。このため、更なる高電圧を得るために、単電池である非水電解質二次電池をスタックして、1個の組電池を構成することも行われている。
二次電池は、充放電を繰り返すことにより内部の電解液が分解して気化することで、筐体を膨張、変形させる。特にスタックした組電池においては、この筐体の変形を抑えるべく、例えば特許文献1に示すように、スタックの周囲に拘束用のプレートを配置してスタックを挟み込み、プレート間にスタックを圧接することで、変形を抑えるようにした技術が広く用いられている。
又、リチウムイオン二次電池の場合は、低電流定電圧制御により充電を行うため、充放電を制御するための制御回路を設けるようにしている。そして、特に組電池を有する電源装置においては、スタックの側面であるプレート表面が、当該制御回路の配置場所として利用されている(特許文献1の図2等を参照)。
特開2011−249315号公報
しかしながら、上記従来の電源装置の構成では、制御回路などの電気デバイスが損傷してしまう恐れがあるという課題があった。
すなわち、従来の技術における制御回路は、当該制御回路を構成する部品である素子部分が収納容器内においてスタック側面から露出しており、外部からの振動や衝撃で収納容器が破損した場合、制御回路はその影響を直接受けることとなる。又、組電池の作成時において、制御回路は露出したままスタック側面に設けられるものであり、制御回路取付時の扱いによっては、制御回路が破損する等の恐れがあった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電池を有する電源装置において、充放電等を管理する回路その他の電気デバイス類を適確に保護して、耐久性を高めることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る電源装置は、少なくとも一つの単電池を有する電池本体と、前記電池本体上に配置された電気デバイスと、前記電気デバイスを構成する部品の側方に配置された壁体とを備え、前記壁体の高さは、前記部品の高さよりも高い。
これによれば、電源装置において、電気デバイスを構成する部品の側方に、当該部品の高さよりも高い壁体が配置されているため、当該壁体によって当該部品を保護することができる。つまり、電気デバイスを収納容器に収納して電気デバイスを保護した場合であっても当該収納容器が変形等した場合には電気デバイスが損傷する恐れがあるが、当該壁体によって当該電気デバイスを保護することができる。このため、当該電源装置によれば、電気デバイスを保護して、耐久性を高めることができる。
又、前記壁体は、前記電気デバイスの周縁に形成されていることにしてもよい。
これによれば、壁体は、電気デバイスの周縁に形成されているため、電気デバイス内部へ異物が侵入するのを抑制しつつ、電気デバイス内部の部品を保護することができる。
又、前記壁体は、絶縁性材料製であることにしてもよい。
これによれば、壁体は、絶縁性の部材であるため、電気デバイスを構成する部品と他の部材とを絶縁することができる。
又、前記電源装置は、さらに、前記電池本体及び前記電気デバイスを収納する収納容器を備え、前記壁体の先端は、前記収納容器の内壁に対向していることにしてもよい。
これによれば、壁体の先端と収納容器の内壁とが対向しているため、当該壁体が、収納容器の内壁と電気デバイスの部品とが直接接触するのを防ぐ緩衝材の役割を果たす。このため、外力により電源装置が振動や揺動した場合においても、当該部品よりも先に壁体の先端が収納容器の内壁と衝突することとなり、当該部品を保護することができる。
又、前記収納容器の前記内壁には、前記壁体に対向して延伸するリブが形成されていることにしてもよい。
これによれば、収納容器の内壁には、壁体に対向して延伸するリブが形成されているため、外力により電源装置が振動や揺動した場合においても、リブの先端と壁体の先端とが接触することで、電気デバイスの部品をさらに保護することができる。
又、前記リブの先端と前記壁体の先端とは、対向方向から見て交差していることにしてもよい。
これによれば、リブの先端と壁体の先端とが交差しているため、外力により電源装置が振動や揺動した場合に、リブの先端と壁体の先端とを容易に接触させて、電気デバイスの部品を保護することができる。
又、前記収納容器は、合成樹脂製であることにしてもよい。
これによれば、収納容器は、合成樹脂製の部材であるため、軽量化を図ることができるとともに、外形の加工が容易であるため既成の蓄電池の規格に適合させることが可能となる。
又、前記電池本体は、配列された複数の前記単電池から構成されたスタックと、前記スタックの両側面を挟み込む一対の挟持板とを有し、前記電気デバイスは、前記一対の挟持板のうちの少なくとも一方の挟持板上に配置されていることにしてもよい。
これによれば、スタックの両側面を挟み込む挟持板に電気デバイスを固定することで、容易に電池本体上に電気デバイスを配置することができる。
本発明に係る電源装置によれば、電気デバイスを保護して、耐久性を高めることができる。
実施の形態に係る電源装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る組電池保持具の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る組電池の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る組電池の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る組電池の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池の締結部材の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池の締結部材の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池の締結部材の他の構成例を示す斜視図である。 実施の形態に係る組電池の締結部材の他の構成例を示す斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の管理回路(電気デバイス)の配置を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の管理回路(電気デバイス)の配置を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の制御回路の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る電源装置のリレー回路の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の制御回路の配置を説明するための模式図である。 実施の形態に係る電源装置の制御回路の配置を説明するための模式図である。 実施の形態に係る電源装置の制御回路の配置を説明するための模式図である。 実施の形態に係る電源装置の容器本体の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の容器本体の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の容器本体の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の蓋部の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の蓋部の構成を説明するための斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の正極端子近傍の構成を説明するための要部平面図である。 実施の形態に係る電源装置の負極端子近傍の構成を説明するための要部平面図である。 実施の形態に係る電源装置の負極端子近傍の構成を説明するための要部斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の正極端子近傍の構成を説明するための要部斜視図である。 実施の形態に係る電源装置の蓋部の構成を説明するための斜視図である。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。又、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
[電源装置1の全体構成]
図1は、実施の形態に係る電源装置1の構成を示す斜視図であり、図2は、その内部の構成を示す斜視図である。
電源装置1は、図1に示すように、ポリプロピレン等の合成樹脂製の容器本体2及び蓋部3を備えた外形六面体の収納容器を備えている。又、電源装置1は、蓋部3の上面3x上に露出した、図示しない外部負荷と接続するための正極端子3a及び負極端子3bを有する。又、図2に示すように、電源装置1は、収納容器内部に電源装置本体4を収納しており、電源装置本体4は、容器本体2の底面に開口された貫通孔210に挿入されるネジ211により、容器本体2に固定されている。
図3は、実施の形態に係る電源装置本体4を右側面から見た斜視図であり、図4は、同左側面から見た斜視図である。又、図5は、電源装置本体4を下方から見た斜視図である。ただし、電源装置本体4においては、後述する電極端子が配列された面を正面とする。
図3及び図4に示すように、電源装置本体4は、正負の電極端子510が設けられた面を揃えて配列された複数の単電池50からなるスタック5と、電源装置本体4に対する充放電を制御する制御回路6と、電源装置本体4の充放電の導通を制御するリレー回路7とを備えている。
複数の単電池50のうちの少なくとも1つの単電池50は、後述の締結部材440と対向する対向面と、当該対向面に設けられた電極端子510とを有している。ここでは、全ての単電池50が、当該対向面に電極端子510を有していることとする。
そして、複数の単電池50のそれぞれは、電極端子510が設けられた当該対向面及びその反対側の面を上面及び底面とした外形角柱の金属製外装を有する。又、複数の単電池50は、各側面のうち面積の大きい面を主面(図10A及び図10Bにおける主面53)とし、この主面同士が対向するように、横1行縦4列に配列されたスタック5を形成している。
スタック5において、各単電池50は言わば横倒しとなっており、単電池50の上面がスタック5の正面に、単電池50の主面である正面及び背面(長手方向の側面)がスタック5の左右側面に、単電池50の左右側面(短手方向の側面)がスタック5の上面及び底面に、それぞれ対応することとなる。つまり、上記の締結部材440との対向面は、単電池50の上面であり、スタック5の正面に対応する。
又、スタック5を構成する複数の単電池50は、それぞれが有する電極端子510のうち異極の端子同士が銅若しくはアルミニウム又はそれらの合金その他導電性の金属製のバスバー520で接続されている。このバスバー520の接続により、複数の単電池50は直列接続され、スタック5全体として高電圧の電池を形成する。特に、配列された両端に位置する単電池50が有する電極端子510のうち、バスバー520で接続されないものが、スタック5における正極の電極端子511a及び負極の電極端子511bにそれぞれ対応している。
更に、スタック5は、拘束手段によって単電池50の配列状態が保持されている。拘束手段は、図3及び4に示すように、組電池保持具410、第2の梁部材420、第3の梁部材430、及び締結部材440を備える。
組電池保持具410は、配列された複数の単電池50がなす縦列の最も外側に位置する一対のそれぞれの主面を更に挟むように配置された一対の挟持板を有する部材である。又、第2の梁部材420は、スタック5の底面に位置する部材であり、第3の梁部材430は、スタック5の上面に位置する部材である。又、締結部材440は、スタック5の正面と対向し、かつ組電池保持具410の一対の挟持板に挟まれる部材である。
又、組電池保持具410の一対の挟持板は、図5に示すように、それぞれの下端で第2の梁部材420に接続され、又、図3及び図4に示すように、それぞれの上端で第3の梁部材430に接続される。なお、第2の梁部材420の両端には貫通孔422が開口されており、図2に示すネジ211はこの貫通孔422を介して第2の梁部材420に締結される。
更に、組電池保持具410の一対の挟持板のそれぞれの縁端は、図示されないスタック5の裏面にて第1の梁部材に接続されている。なお、第1の梁部材を含む組電池保持具410の構成については後に詳述する。
制御回路6及びリレー回路7は、電源装置1の電池本体である後述の組電池470の充放電に関する動作を管理する管理回路、つまり、組電池470が充放電を行うための電気デバイスであり、組電池470上に配置されている。
具体的には、図3に示すように、制御回路6は、電源装置本体4の右側面に設けられ、接続部材610を介して、スタック5の負極の電極端子511bに電気的に接続されている。又、図4に示すように、リレー回路7は、電源装置本体4の左側面に設けられ、接続部材710を介して、スタック5の正極の電極端子511aに電気的に接続されている。
更に、図4及び図5に示すように、締結部材440の左端には吐出端441が形成され、吐出端441には合成樹脂製の排出管442が接続されている。なお、これら吐出端441及び排出管442の構成については後に詳述する。
以上のような構成を有する電源装置1は、電源装置本体4において拘束手段によりスタック5の外形が保持されている。このため、容器本体2及び蓋部3からなる収納容器は、スタック5の形状を保持するための機械的強度を備えた構成である必要がない。したがって、容器本体を合成樹脂製として、電源装置の軽量化を実現することができる。
更に、容器本体は、外形の加工が容易であり、既成の蓄電池の規格に適合させることが可能となる。とりわけ、従来から合成樹脂製の筐体が用いられている鉛蓄電池と同一形状にて容器本体を作成することにより、既成品を本実施の形態の電源装置1で置きかえ、鉛フリーな車載用蓄電池を容易に実現することが可能となる。既成の蓄電池の規格としては、日本工業規格その他世界各国の工業規格に適合させてもよいが、ドイツ工業規格(DIN規格)に適合させることで、車載機器に適した蓄電池を実現することができる。
以下、上述した電源装置1を構成する各部について、電源装置1の組立工程に沿って説明する。
[組電池保持具の構成]
まず、電源装置1の電源装置本体4に含まれる組電池を構成する組電池保持具について説明する。
図6は、実施の形態に係る組電池保持具410の構成を示す斜視図である。又、図7及び図8は、実施の形態に係る組電池保持具410及び第2の梁部材420の構成を示す斜視図である。
図6に示すように、組電池保持具410は、既に述べたように、対向する外形矩形状の一対の挟持板411R及び411Lと、挟持板411Rと411Lとの縁端同士を接続している第1の梁部材417とを備えた、上面から見た外形がコの字状の部材である。
又、一対の挟持板411R及び411L及び第1の梁部材417は、屈曲した一枚の金属板のそれぞれ異なる部位として形成されている。具体的には、組電池保持具410は、一枚の鋼板をプレス加工することにより作成されている。したがって、挟持板411R及び411Lと第1の梁部材417とは、直角に屈曲した鋼板の互いに異なる部分として形成されている。
以下、各部の説明を行う。挟持板411Rは、電源装置本体4の上面側に位置する縁端であってスタック5の上面と平行な面上に突出するように形成されたタブ414を備え、タブ414には貫通孔414aが開口されている。
又、挟持板411Rは、電源装置本体4の底面側に位置する縁端に、スタック5の上面と平行な面上に突出するように形成されたタブ411aを備え、タブ411a上には図5に示す貫通孔422と連通するナット411a1が固定されている。更に、タブ411aに隣接して電源装置本体4の下方に延伸した、カギ型のフック411bを有している。なお、これらタブ414、411a及びフック411bは、挟持板411Lにも設けられている。
更に、挟持板411Rの電源装置本体4の正面側に位置する縁端に、タブ412aが突出するように形成され、タブ412aには、縦列に配列された一対の貫通孔413aが開口されている。一方、挟持板411Lの縁端においても、タブ412aと正対するようにタブ412bが形成され、タブ412bには貫通孔413bが開口されている。なお、タブ412aはタブ412bより大きな面積を有し、したがってタブ412bはタブ412aの一部とのみ対向している。
又、挟持板411Rの主面上であって電源装置本体4の上面寄りの縁端に隣接した位置には、貫通孔415a及び415bが開口されており、同主面上であって電源装置本体4の底面寄りの縁端に隣接した位置には、貫通孔415c及び415dが開口されている。更に、貫通孔415b及び415dは、電源装置本体4の正面寄りに位置しており、貫通孔415a及び415cは、電源装置本体4の裏面寄りに位置している。
同様に、挟持板411Lの主面上であって電源装置本体4の上面寄りの縁端に隣接した位置には、貫通孔416a及び416bが開口されている。又、挟持板411Lの主面上であってタブ412b寄りの縁端に隣接した位置には、貫通孔416dが開口されており、第1の梁部材417の根元に隣接した位置には、貫通孔416cが開口されている。
次に、第1の梁部材417は、電源装置本体4の上面寄りに設けられた平板状の梁部材417a、及び電源装置本体4の底面寄りに設けられた平板状の梁部材417bから構成されている。又、梁部材417a及び梁部材417bの表面には、延伸方向に沿った長円状の凸部417a1及び417b1がそれぞれ形成されている。なお、凸部417a1及び417b1は、鋼板の圧延により形成されており、したがって図示されないその裏側は、反転形状としての凹部になっている。
又、梁部材417aの中央であってスタック5の上面に平行な面上に突出するように、タブ418が形成され、タブ418には貫通孔418aが開口されている。
以上のような構成を有する組電池保持具410は、図7に示すように、底面側に第2の梁部材420と更に組み合わされる。
第2の梁部材420は、その両端に、組電池保持具410のタブ411aと対向するタブ423を有している。そして、上述したナット411a1と連通する貫通孔422は、このタブ423上に開口されている。又、タブ423上には、組電池保持具410のフック411bに対応したスリット424が開口されている。
更に、第2の梁部材420の主面421の表面には、第1の梁部材417の凸部417a1及び417b1に平行な、長円状の凹部421aが形成されている。凹部421aも鋼板の圧延により形成されるため、図5に示されるように、その裏面は、反転形状としての凸部として表面から盛り上がっている。
組電池保持具410と第2の梁部材420との組合せは、以下のように行う。すなわち、組電池保持具410のフック411bを第2の梁部材420のスリット424に挿入し、ナット411a1と貫通孔422とが一致するように、タブ411aとタブ423とをスライドさせる。これにより、フック411bのカギ部分がスリット424に嵌合して、組電池保持具410と第2の梁部材420との結合が完成する。
ここで、隣接する第1の梁部材417と第2の梁部材420とのなす角は、直角である。図8に示すように、組電池保持具410と第2の梁部材420とが組み合わされてなる組電池保持具460は、一対の挟持板411R及び411L、第1の梁部材417、及び第2の梁部材420の主面421により形成される内壁を有する。そして、第1の梁部材417及び第2の梁部材420が挟持板411R及び411Lの隣接する縁端に接続されていることで、隣接する二面が開放された外形六面体の籠状の形状を有する。
組電池保持具460の内壁に単電池50を配列することで、図9に示すように、スタック5が構成される。スタック5の正面を構成する単電池50の上面51には、正負の電極端子510に加えて、当該正負の電極端子510の間に位置する安全弁530が設けられている。図9は、実施の形態に係る組電池保持具460の構成を示す斜視図である。
ここで、図10A及び10Bに組電池保持具460内における単電池50の配置の様子を示す。図10A及び図10Bは、実施の形態に係る組電池保持具460内に配置される単電池50を示す斜視図である。
図10Aに示すように、単電池50は、側面52の一方が第2の梁部材420に対向し、底面が第1の梁部材417に対向するようにして、組電池保持具460内に載置される。これにより、電極端子510が設けられた上面51全体がスタック5の側面として、側面52の他方がスタック5の上面として、それぞれ露出することになる。
再び図9を参照して、組電池保持具460内に単電池50を配列すべく載置する際に、その配列方向に沿った向き(図中X軸方向)には、一対の挟持板411R及び411Lが設けられている。又、下方(図中Y軸マイナス方向)には第2の梁部材420設けられており、奥行き方向(図中Z軸プラス方向)には第1の梁部材417が設けられている。
このため、これら一対の挟持板411R及び411Lと第1の梁部材417と第2の梁部材420とにより、単電池50の動き及び姿勢は、空間内を直交する三方向のいずれにおいても規制される。したがって、一対の挟持板411R及び411Lの間隔を単電池50の寸法及び配列数に合わせて設定することで、組電池保持具460は、単電池50の仮固定を容易に行うことができ、スタック5の作成作業を簡略化することが可能となる。
又、スタック5を構成する単電池50の間には、例えばシリコンゴム製の、弾性力を有する緩衝材5aが挿入されており、後述する単電池50同士の締結により単電池50に過剰な応力が加えられることを防いでいる。なお、緩衝材5aは、個別に厚みを異ならせる、又は挿入される枚数を違えさせることにより、スタック5の横幅を調整する機能を有する。これにより、組電池保持具460又は単電池50の公差、誤差を吸収して、組電池保持具460内にスタック5を安定して保持することが可能となる。
次に、スタック5を収納した状態にある組電池保持具460には、スタック5の上面側に、第3の梁部材430が取り付けられる。図11及び図12は、実施の形態に係る組電池保持具460及び第3の梁部材430の構成を示す斜視図である。
図11に示すように、第3の梁部材430は、その両端に組電池保持具460のタブ414と対向するタブ431を有する板状の部材であり、タブ431上には貫通孔432が開口されている。又、第3の梁部材430の表面には、第1の梁部材417及び第2の梁部材420と同様、長円状の凸部430aが形成されている。凸部430aも鋼板の圧延により形成されるため、図11に示されるその裏面は、反転形状としての凹部となっている。
第3の梁部材430と組電池保持具460との結合は、タブ431とタブ414とを重ねて、貫通孔432及び414aを介してボルト433を締結することにより行う。なお、タブ414の図示されない裏面には、貫通孔414aと同軸のナットが固定されており、これによりボルト433が締結される。
ここで、図12に示すように、第3の梁部材430の固定位置は一対の挟持板411R及び411Lの上側の縁端であり、第2の梁部材420の固定位置は一対の挟持板411R及び411Lの下側の縁端である。すなわち、第2の梁部材420と第3の梁部材430とは正対し、その間にスタック5を挟みこんでいる。
これにより、スタック5を構成する単電池50は、上面51以外の全ての面が組電池保持具の各部により覆われ、底面から上面51に向かう直線方向(図中Z軸マイナス方向)以外の方向における移動が規制される。したがって、スタック5は、単電池50を保持した状態で図中Y軸周り又はZ軸周り360°に姿勢を変化させることができ、図中X軸周りであっても、単電池50の上面51がY軸プラス方向に向くように180°姿勢を変化させることができ、取り回しが自在となる。特に、単電池50の上面51、スタック5の裏面並びに挟持板411R及び411Lがスタック5の上面になるようにスタック5を移動させることができ、後述する各部材の取付作業を容易に行うことが可能となる。
以上のように、本実施の形態によれば、第1の梁部材417を有する組電池保持具410、第2の梁部材420、及び第3の梁部材430を順に組立てて構成される組電池保持具460を用いることにより、スタック5を構成する単電池50の位置を、配列方向に直交する方向毎に規制することができる。したがって、別途治具を要することなくスタック5の外形を保持して、組電池作成時の作業性を向上させることが可能となる。
又、軽量で薄い板状の金属板を用いてスタックの外形を保持できるため、従来の組電池よりも小型化、軽量化することが可能となる。
ただし本発明は上記の構成に限定されるものではない。例えば、組電池保持具460は、組電池保持具410単体、又は組電池保持具410と第2の梁部材420もしくは第3の梁部材430のいずれか一方との組合せとして実施してもよく、この構成であっても組電池作成時の作業性は担保される。
又、組電池保持具410は、一対の挟持板411R及び411Lと第1の梁部材417とが一枚の金属板を圧延、屈曲させることにより形成されるものとしたが、組電池保持具410は、挟持板411Rと挟持板411Lと第1の梁部材417とが別部材であって、溶接等により結合された態様として実現してもよい。なお、一対の挟持板411R及び411Lと第1の梁部材417とを、一枚の金属板を屈曲して形成することにすれば、一対の挟持板411R及び411Lと第1の梁部材417とを容易に製造することができるので好ましい。
又、隣接する第1の梁部材417と第2の梁部材420とのなす角は直角であるとしたが、これは組電池保持具410上に配置される組電池470の形状が六面体であることに基づくものであって、第1の梁部材417と第2の梁部材420とのなす角は配置される組電池の外形に対応した任意の角度であってよい。
又、凸部417a1及び417b1、凹部421a及び凸部430aは、いずれも部材の延伸方向に沿った長円形状としたが、円形状、矩形状等任意の形状であってよく、個数も任意の個数であってよい。
又、凸部417a1及び417b1、凹部421a及び凸部430aは、いずれも部材の一方の面において凸面、他方の面においてその反転形状としての凹面を有するものとしたが、当該一方の面において凹面、当該他方の面において凸面である構成としてもよい。収納容器の内壁と接触する部材の表面を凸面とした場合は、収納容器の容器本体2との接触面積を削減することができ、容器本体2が受ける、電源装置本体4の動作に伴う発熱の影響を緩和できる効果を奏し、一方、表面を凹面、裏面を凸面とした場合は、スタック5と組電池保持具との接触面積を削減することができ、スタック5の発熱が電源装置本体4の他の部分に及ぼす影響を緩和することができる。本実施の形態によれば、スタック5の出力、電源装置1の用途等に応じて、凹凸の配置を使い分けることが可能となり、より好適である。
[組電池の構成]
次に、組電池保持具460により保持されたスタック5を締結して組電池を完成させるための構成について、説明する。
図13〜図16は、実施の形態に係る組電池の構成を説明するための斜視図である。図13に示すように、スタック5を保持する組電池保持具460の正面に、ハーネストレー450が重ねられる。
ハーネストレー450は、ワイヤハーネスを保持するトレーであり、その外形がスタック5の正面全体に対応した矩形状の絶縁部材である。具体的には、ハーネストレー450は、合成樹脂製の板状部材であって、その表面には、スタック5の正面に設けられた、単電池50の電極端子510を外部に露出させるための窓454、及び安全弁530を外部に露出させるための窓451がそれぞれ設けられている。つまり、複数の単電池50の電極端子510のそれぞれに対応して複数の窓454が設けられており、複数の単電池50の安全弁530のそれぞれに対応して複数の窓451が設けられている。
更に、ハーネストレー450の表面上であって、窓451と窓454との間には、後述するワイヤハーネスを拘束、固定するための固定鈎453が設けられている。ここで、固定鈎453は、スタック5の側面から見て、一部に間隙が設けられた円環状の部材である。
更に、隣接する窓454の間には、トレー主面から大きく突出した背高桟455aと、トレー主面とほぼ同一厚みの背低桟455bとが設けられており、背高桟455aと背低桟455bの配置は、スタック5を構成する単電池50の接続位置に対応している。
又、窓451の下端及び上端には、ハーネストレー450に対して直立する第1の突起部であるリブ452a及び第2の突起部であるリブ452bがそれぞれ設けられている。リブ452a及びリブ452bは、スタック5の配列方向に沿って配列され、一対のガイドを形成している。
次に、図14に示すように、ハーネストレー450がスタック5の正面に重ねられた状態において、バスバー520が、隣接する単電池50の異極の電極端子510同士を接続する。このとき、バスバー520は背低桟455bを跨ぐようにハーネストレー450に重ねられ、隣接するバスバー520の間には背高桟455aが位置し、バスバー同士の短絡を防ぐようにしている。
又、固定鈎453の間隙には、ワイヤハーネス8a及び8bがそれぞれ装着される。ワイヤハーネス8a及び8bは、制御回路6及びリレー回路7の間の信号線等を含むハーネスである。
更に、ハーネストレー450が重ねられた状態において、リブ452a及びリブ452bは、スタック5の側面から見て、組電池保持具460のタブ412a、412bを挟むようなレイアウトで配置される。
次に、図15に示すように、組電池保持具460のタブ412a及びタブ412bの間には、締結部材440が配置される。そして、締結部材440は、タブ412a及び412bのそれぞれと固定されることで、一対の挟持板411R及び411Lに固定される。つまり、締結部材440は、鋼板を箱状に加工してなる棒状の部材であり、その端面442aにてタブ412a及びタブ412bの内側と面接触する。又、端面442aには貫通孔442a1が開口されており、タブ412aの貫通孔413aと共にボルト440aが挿入、締結される。図中では、死角に位置する他方の端面も同様の構成を有する。
これにより、図16に示すように、締結部材440は、配列された複数の単電池50の配列方向に沿って、当該複数の単電池50のそれぞれと対向して配置され、一対の挟持板411R及び411Lに固定されて当該複数の単電池50を締結する。
そして、スタック5を構成する単電池50は、上面51を含む各面が、組電池保持具の各梁部材及び締結部材440により覆われる。更に、組電池保持具460の一対の挟持板411R及び411Lは、ボルト440aの締付けトルクに応じた力でスタック5を圧接する。これにより、スタック5は一定の締結圧で保持され、電源装置1の経時使用に伴う単電池50の膨張圧に抗して、その外形が維持され、組電池470を完成する。
又、ハーネストレー450は、締結部材440と複数の単電池50との間に設けられる。そして、ハーネストレー450の表面には、締結部材440の少なくとも一方の側面に隣接するとともに、当該側面に沿って配置され、締結部材440に向かって突起する突起部であるリブ452a及び452bが形成されている。
ここで、リブ452aは、単電池50の締結部材440との対向面が鉛直方向に平行に配置された状態において、締結部材440の鉛直方向下側の側面に隣接するとともに当該側面に沿って配置されている。又、リブ452bは、当該対向面が鉛直方向に平行に配置された状態において、締結部材440の鉛直方向上側の側面に隣接するとともに当該側面に沿って配置されている。
以上の構成を有する本実施の形態は、組電池470において、ハーネストレー450がリブ452a及びリブ452bを備えたことを特徴とする。すなわち、図15に示すように、一対の列をなすリブ452aとリブ452bは、そのハーネストレー450上の位置が組電池保持具460のタブ412a及びタブ412bの位置に応じて定められており、その間隔が締結部材440の幅(スタック5の正面に沿った向きの寸法)に応じて定められている。したがって、図16に示すように、締結部材440は、リブ452aとリブ452bとの間に固定的に位置決めされた状態で、組電池保持具460に締結されることになる。
このように、リブ452aとリブ452bを備えたハーネストレー450を用いたことにより、締結部材440は別途治具を必要とすることなく、容易に組電池保持具460の一対の挟持板411R及び411Rに仮固定することができるため、組電池470の作成に要する時間を短縮し、生産性を向上させることが可能となる。
又、締結部材440の下側の側面に沿うように第1の突起部であるリブ452aが形成されているため、リブ452aを用いて、締結部材440を簡易に配置することができる。又、締結部材440の上側の側面に沿うように第2の突起部であるリブ452bがさらに形成されているため、リブ452a及び452bで締結部材440の上下の側面を挟むようにすることで、締結部材440を簡易に配置することができる。
又、完成した組電池470は、軽量で薄い板状の金属板を用いた組電池保持具によってスタック5を締結できるため、従来の組電池よりも小型化、軽量化することが可能となる。
なお、上記の説明においては、ハーネストレー450に配置されるリブとして、リブ452a及びリブ452bの二列から構成されるものとしたが、いずれか一方のリブ一列のみを備えた構成としてもよい。この場合、スタック5を横倒しにしてハーネストレー450を上向きにして作業を行う場合に好適である。更に下側のリブ452aのみから構成した場合は、図15に示す通り、スタック5の正面で作業をする場合にも締結部材440を係止して脱落を防止することができ、より好適である。
又、各単電池50に対応してリブ452a及びリブ452bがひと組ずつ配置される構成としたが、単電池50ごとにリブ452a又はリブ452bを交互に設けた千鳥配置としてもよい。少なくともハーネストレー450全体に対してリブ452a及びリブ452bが一対あれば効果が得られる。
ただし本発明は上記の構成に限定されるものではない。組電池保持具410は、一対の挟持板411R及び411Rの縁端から突出したタブ412a及び412bを有し、締結部材440はこのタブの間にて締結されるものとしたが、当該タブを省略して、挟持板に直接貫通孔を開口し、締結部材を挟み込む構成としてもよい。ただし、タブを設けた構成とした場合、挟持板自体を小型化して、組電池の軽量化が実現され、より好適である。
又、締結部材440は、鋼板を箱状に加工してなる棒状の部材であるとしたが、無垢の金属棒等により実現してもよく、その具体的な構成により限定されるものではない。
又、組電池470は、単電池50の上面51を正面として有するものとしたが、単電池の上面と組電池の上面とが一致する態様であってもよい。
[締結部材の構成]
次に、組電池保持具460により保持されたスタック5を締結して組電池470を完成させるための締結部材の構成について、説明する。
図17A〜図18Bは、実施の形態に係る組電池470に用いられる締結部材440の構成を説明するための斜視図である。
まず、図17A及び図17Bに示すように、締結部材440は鋼板を箱状に加工してなる棒状の部材であって、図15に示した一方の端面442aと同様、他方の端面442bには貫通孔442b1が開口されている。又、貫通孔442b1の上部には、端面が開口を形成する円筒形状の吐出端441が設けられている。
又、図17Aに示すように、締結部材440の内部には空洞が形成されており、スタック5の正面と対向する主面443上には、部材内部と連通する外形円形の開口444が設けられている。そして、複数の単電池50のうちの少なくとも1つの単電池50は、締結部材440との対向面に安全弁530を有しており、開口444は、ハーネストレー450の窓451を介して単電池50の安全弁530に正対する。ここでは、全ての単電池50が締結部材440との対向面に安全弁530を有しており、それぞれの安全弁530に対応して開口444が形成されている。
又、開口444の周囲には合成ゴム等で作成された環状のパッキン335が設けられている。このパッキン335は、締結部材440が組電池保持具460に締結された状態において、安全弁530の周囲を封止する。又、吐出端441も締結部材440の内部に連通している。
なお、図15に示されるように、締結部材440の端面442aの裏面には貫通孔442a1と同軸のナット442a2が固定されており、これによりボルト440aが締結される。同様の構成は他方の端面442bにおいても設けられている。
以上の構成を有する本実施の形態は、締結部材440が中空であって、開口444から吐出端441まで連通する空洞を有することを特徴とする。
組電池470を構成する単電池50としてリチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池を利用した場合、電源装置1の使用に伴う過充電等の原因で単電池50の筐体に封入された電解液が分解し、単電池50の筐体内にガスが発生する。又、筐体に収納された極板も活物質層が膨張することにより膨張する。単電池50においては、これらガスの発生及び極板の膨張に起因する筐体の変形、破損を防止するため、筐体内部の圧力が予め設定された所定値を超えた場合に安全弁530が開放され、ガスを筐体外部へ放出する。
本実施の形態においては、上記の構成としたことにより、この単電池50から放出されたガスを電源装置1の外部へ導出するための配管が、スタック5を締結するための締結部材440と一体化されている。すなわち、安全弁530から開放されたガスは、開口444から締結部材440内に噴出し、吐出端441から排出される。図5に示したように、吐出端441は樹脂製の排出管442に接続されており、ガスは更に排出管442を通して電源装置1の外部へ排出される。締結部材440は、生来の機能としてスタック5の変形を抑えるだけの機械的強度を備えており、配管としても経時的な変化に抗する耐久性を備えている。
更に、電極端子510を有する上面51が横倒しになって配列された単電池50の上面51に対向して締結部材440が配置された場合、以下の効果を奏する。すなわち、単電池50において、電解液の分解によってガスが発生し内圧が上昇して安全弁530が開口した場合、同時に安全弁530から電解液も吐出することがある。本実施の形態においては、そのような場合においても、吐出した電解液は締結部材440内に溜められることとなり、不用意に電解液がスタック5の外に拡散することを防ぐことができる。
このように、本実施の形態によれば、組電池の部品点数の削減、重量の軽減を実現し、生産性に優れ、小型化、高機能な組電池及びそれを用いた電源装置を提供することが可能となる。
なお、上記の説明においては、締結部材440は中空の箱型としたが、図18Aに示すように、その内壁に関し、スタック5に正対して平行面をなす側の内壁440yの肉厚が、当該平行面に対して直交する短手方向の内壁440xの肉厚よりも大きくすることが、より好適である。これにより、ボルト440aの締結方向に垂直な方向における部材の断面積を大きくして締結方向における強度を確保するとともに、空洞の大きさを確保してガス排出管としての性能を高めることができる。
又、図18Bに示すように、締結部材440の内壁に、長手部分に沿って延伸し、端面442a及び442bの裏面にまで達するリブ440z1及び440z2を設けた構成としてもよく、図18Aの構成例と同様、締結方向における耐久性を高めることができる。なお、図中においてリブ440z1及び440z2は締結部材440の上下内壁にそれぞれ設けるものとしたが、いずれか一方であってもよく、又、締結部材440の前後内壁の少なくともいずれか一方に設けてもよい。
ただし本発明は上記の構成に限定されるものではない。
締結部材440は箱状の外形を有するものとしたが、単電池50の安全弁530及び蓋部3と連通させる空洞を有するものであれば、円筒形状その他任意の形状であってよい。又、単電池50の安全弁530の外形及びこれに対応した締結部材440の開口444の形状も、円形状の他、矩形状等任意であってよい。
又、組電池保持具410は、一対の挟持板411R及び411Rの縁端から突出したタブ412a及び412bを有し、締結部材440はこのタブ412a及び412bの間にて締結されるものとしたが、タブ412a及び412bを省略して、挟持板411R及び411Rに直接貫通孔を開口し、締結部材440を挟み込む構成としてもよい。ただし、タブ412a及び412bを設けた構成とした場合、挟持板411R及び411R自体を小型化して、組電池470の軽量化が実現され、より好適である。
又、上記の説明においては、締結部材440の端面442bは、上方に吐出端441を備え、下方に貫通孔442b1を備えた構成としたが、吐出端441を締結部材440の側面に設け、端面442bの形状を端面442aと同一としてもよい。この場合、組電池保持具410の一対の挟持板411R及び411Rの形状を、タブの形状を含めて左右対称とすることができ、組電池保持具の生産性を高め、また、スタック5の締結を、締結部材440の両端でバランスよく行うことができる。
又、吐出端441はタブ412bに隣接する構成としたが、タブ412bに貫通孔又は間隙を設け、これを通過して突出する構成としてもよい。端面442bの、吐出端441近傍の面もタブ412bに面接触することとなり、この場合もスタック5の締結を、締結部材440の両端でバランス良く行うことができる。
又、組電池470は、単電池50の上面51を正面として有するものとしたが、単電池の上面と組電池の上面とが一致する態様であってもよい。
又、組電池470においては、ハーネストレー450を省略した態様であってもよい。
[管理回路(電気デバイス)の配置]
次に、組電池470を充放電可能な電源装置として機能させるための管理手段である管理回路(電気デバイス)の配置について、説明する。
図19及び図20は、実施の形態に係る電源装置の管理回路(電気デバイス)の配置を説明するための斜視図である。
まず、図19に示すように、組電池470の右側面である挟持板411R上に、制御回路6が配置される。このとき、制御回路6と挟持板411Rとの接続は、図19及び図6等に示す、挟持板411R上に設けられた貫通孔415a、415b、415c及び415dを介して行われる。又、制御回路6と組電池470との電気的接続は、スタック5の負極の電極端子511bに、貫通孔610aを介して接続部材610が接続されることによりなされる。
同様にして、図20に示すように、組電池470の左側面である挟持板411L上に、リレー回路7が配置される。リレー回路7と挟持板411Lとの接続は、図20及び図6等に示す挟持板411Lの貫通孔416a〜416dを介して行われる。又、リレー回路7と組電池470との電気的接続は、スタック5の正極の電極端子511aに、貫通孔710aを介して接続部材710が接続されることによりなされる。
ここで、貫通孔415a〜415dは、図19及び図16に示すように、挟持板411R上に、打ち抜きにより形成された半球状の突起415a1〜415d1上に開口されている。又、貫通孔415a〜415dの周囲には、合成ゴム製の環状のパッキン415a2〜415d2がそれぞれ設けられている。なお、挟持板411Lの貫通孔416a〜416dについても同様の構成を有するため、詳細な説明は省略する。
又、突起415a1〜415d1は、挟持板411Rの裏面であってスタック5の側面と対向する側に、反転形状としての凹部を有し、その深奥に制御回路6側のボルトを締結するためのナットが固定されている。なお、図6には、挟持板411Lの裏面としてこの凹部の構成及び対応するナット416a3〜416d3を示した。
一方、制御回路6は、図21の分解斜視図に示すように、合成樹脂製の基台620に、回路素子631が実装された回路基板630が装着されてなる構成を有している。そして、基台620の下端に設けられたボルト640a及び640b、並びに基台620上方に設けられたボルト640c及びもう一本のボルト(図中には回路基板630により死角となり示されない)により、貫通孔415d、415c、415b、及び415aにそれぞれ接続可能となる。なお、図21は、実施の形態に係る電源装置1の制御回路6の構成を示す分解斜視図である。
同様に、リレー回路7も、図22の分解斜視図に示すように、合成樹脂製の基台720に、リレー本体730が装着されてなる構成を有している。そして、基台720の右側面に設けられたボルト740a及び740b、並びに左側面に設けられたボルト740c及びもう一本のボルト(図中には基台720により死角となり示されない)により、貫通孔416b、416d、416c、及び416aにそれぞれ接続可能となる。なお、図22は、実施の形態に係る電源装置1のリレー回路7の構成を示す分解斜視図である。
以上の構成を有する本実施の形態は、上述の貫通孔を用いて、制御回路6及びリレー回路7の、組電池470の側面上における固定位置を、当該側面の中心から偏心させていることを特徴とする。
以下、制御回路6と挟持板411Rとの接続を例にとり説明を行う。図6に示すように、貫通孔415a及び415bは、挟持板411Rの上面寄りの縁端に隣接して横列を形成している。又、貫通孔415b及び415dは、挟持板411Rのタブ412a寄りの縁端に隣接して縦列を形成している。又、貫通孔415d及び415cは、挟持板411Rの底面寄りの縁端に隣接して横列を形成している。又、貫通孔415c及び415aは、挟持板411Rの背面寄りの縁端に隣接して縦列を形成している。
制御回路6は、これら縦列又は横列を構成する2つの貫通孔に関して、それらに対応するボルトを締結して固定し、残りの2つの貫通孔については、それらに対応するボルトの締結を省略する、又は弱い締付けトルクで締結して、基台620が当該締結位置近傍においては揺動自在な状態で固定する。
これは以下の効果を奏する。すなわち、過充電等の原因により単電池50の内圧が上昇してスタック5が膨張して組電池保持具410の外形に変形が生じる場合、その変形は一対の挟持板411R及び411L上の中央から、スタック5の配列方向に沿って外側へ向かう方向に最も大きく現れると考えられる。外形矩形である挟持板411Rは、その縁端が第1の梁部材417、第2の梁部材420、第3の梁部材430及び締結部材440によって拘束されており、変形の影響を受けにくいためである。
そして、挟持板411Rの表面が中心Oから突き出すように変形した場合、挟持板411Rの中央に位置する制御回路6には、挟持板411Rの変形に伴う応力が加えられることになる。
このとき、図23Aの模式図に示すように、制御回路6が挟持板411Rの中央Oを跨ぐようにボルト415aと415dとで固定されている場合、図23Bに示すように、制御回路6が中央Oが持ち上がることで、基台620若しくは回路基板630の変形、破損、又は制御回路6の挟持板411R表面からの脱落といった不具合が生ずる恐れがある。なお、図23A〜図23Cは、実施の形態に係る電源装置1の制御回路6の配置を説明するための模式図である。
そこで、本実施の形態においては、制御回路6は挟持板411R表面の中央Oを跨がないように、上記縦列又は横列に沿って固定されることにより、挟持板411R表面に変形が生じた場合でも、その変形に追従して基台620が移動するようにしている。
図23Cに示す例は、中央Oに対して同じ側に並列するボルト415a及び415b(ただしボルト415bは図示されない)にて固定した場合の状態を示したものである。この例示のように、制御回路6の縦列又は横列をなす一対のボルトは挟持板411R表面の中央Oを跨いでいないため、制御回路6の両端の内、一端が言わば自由端として変位可能となっている。
これにより、挟持板411Rが変形する際の応力が制御回路6に加えられることを防ぎ、信頼性の高い電源装置1を実現している。
ただし本発明は上記の構成に限定されるものではない。上記の説明においては、制御回路6又はリレー回路7と挟持板411R又は411Lとの固定位置は、挟持板411R又は411Lの中心を跨がないようにするものとした。ここで、当該中心とは、挟持板411R又は411Lの形状に基づき定義してもよいが、必ずしも挟持板411R又は411Lの形状から定まるものに限定されるものではない。例えば、当該中心は、挟持板411R又は411Lに離隔配置された各貫通孔の対角線の交点を含む領域として定義されるものであってもよい。又、当該中心は、事前に組電池470のサンプルを作成した工業試験又はシミュレーション等により検出した、変形の一番大きな箇所として定義されるものであってもよい。
又、制御回路6又はリレー回路7は、中心のみと固定される構成であってもよい。図23Bに示すように、中心Oのみで固定された場合であっても、挟持板411R又は411Lが変形する際の応力は、制御回路6又はリレー回路7に加わることがない。
又、挟持板411R又は411L上に配置される電気デバイスは、制御回路6又はリレー回路7には限定されず、スタック5の充放電とは無関係な動作を行う回路等であってもよい。
したがって、上記のようなレイアウトで貫通孔415a〜415dを適宜取捨選択して用いることがより好適である。なお、貫通孔415a〜415dのうち、一つの貫通孔のみを固定用に用いても良い。
[管理回路(電気デバイス)の構成]
次に、電源装置本体4の管理手段である管理回路(電気デバイス)を構成する制御回路6及びリレー回路7の構成について、説明する。
図21の分解斜視図を再度参照して、制御回路6の構成を詳細に説明する。
制御回路6は、図21に示すように、合成樹脂製(絶縁性材料製)の基台620に、回路素子631が実装された回路基板630が装着されている。更に、回路基板630の周囲には、基台620の主面621から直立する壁体622a、622b及び622cが設けられている。又、壁体622a及び622cはスタック5の正面に対して直交し、壁体622b及び622dはスタック5の正面に対して平行である。つまり、壁体622a〜622dは、絶縁性材料製であり、電気デバイスである回路基板630を構成する部品の側方に配置されている。
更に、基台620の上方には、電源装置1の電池本体である組電池470と接続するための、銅若しくはアルミニウム又はそれらの合金その他導電性の金属製の、板状の接続部材610、640及び650が設けられている。組電池470の負極側の電極端子511bと貫通孔610aを介して接続する接続部材610は、更に接続部材610及び650に接続される。接続部材650は、後述するように電源装置本体4全体の負極端子3bと接続するための部材であり、端部に締結用のナット650aが固定されている。
次に、図22の分解斜視図を再度参照して、リレー回路7の構成を説明する。リレー回路7は、図22に示すように、合成樹脂製(絶縁性材料製)の基台720に、一対のリレー本体730が装着されている。リレー本体730の周囲には、制御回路6と同様、基台720の表面から直立する壁体が設けられている。つまり、当該壁体は、絶縁性材料製であり、電気デバイスであるリレー回路7を構成する部品の側方に配置されている。これら壁体は、スタック5の正面に対して平行な面をなす壁体722a、スタック5の正面に対して直交する面をなす壁体722b、及びスタック5の正面に対して斜交する壁体722cが組み合わされている。
更に、一対のリレー本体730は、接続部材610と同一素材の、組電池470と接続するための板状の接続部材710及び711を有する。接続部材710は、組電池470の正極側の電極端子511aと貫通孔710aを介して接続する部材である。又、接続部材711は、電源装置本体4全体の正極端子3aと接続するための部材であり、端部に締結用のナット711aが固定されている。又、接続部材710及び711は、互いに双方のリレー本体730と接続されている。
以上の構成を有する本実施の形態は、回路基板やリレー本体の周囲に設けられた壁体を備えたことを特徴とする。
制御回路6を例にとり説明する。図21に示すように、制御回路6は、制御回路6の周縁に形成された壁体622a、622bなど、回路基板630の周囲に配置された壁体622a〜622cを有している。又、壁体622a〜622cの高さは、制御回路6を構成する部品の高さよりも高い。つまり、主面621から直立する壁体622a〜622cは、回路基板630を取り囲んでおり、かつ、主面621からの高さH1は、回路基板630の厚みを含めた回路素子631の全高h1よりも大きくなっている。すなわち、基台620は、主面621と壁体622a〜622cとから構成される枡状の形状を有し、回路基板630はその内部に収納されている。
したがって、壁体622a〜622cは、外部からの異物の侵入等に対する防壁の役割を果たすこととなり、図19に示す制御回路6の組電池470への実装時、又は図2又は図24に示す、電源装置本体4の容器本体2への収納時に、作業者の手先や工具又は治具が直接回路基板630に接触する恐れを低減して、歩留まりを向上させることが可能となる。
又、壁体622a〜622dは、絶縁性の部材であるため、回路素子631などの電気デバイスを構成する部品と他の部材とを絶縁することができる。特に、壁体622dは大電流が流れる接続部材610及び640の外部を覆う絶縁被覆の役割を果たす。
又、壁体622a〜622dは、図24に示すように、電源装置本体4が容器本体2内に収納された状態において、先端が、容器本体2の内壁に対向している。したがって、壁体622a〜622dは、容器本体2の内壁と回路素子631とが直接接触するのを防ぐ緩衝材の役割を果たす。すなわち、外力により電源装置本体4がスタック5の配列方向に振動、揺動した場合においても、回路素子631よりも必ず先に壁体622a〜622dの先端が容器本体2の内壁と衝突することとなり、回路素子631を保護することができる。
更に、図24〜図26に示すように、容器本体2の、底面を除く内壁には、壁面から直立し、容器の中央に向かって延伸する合成樹脂製の突起部であるリブ220a〜220cが設けられており、特に右側の側壁に設けられたリブ220bが、電源装置本体4の収納時において制御回路6に正対する。つまり、容器本体2の内壁には、壁体622a〜622dに対向して延伸するリブ220bが形成されている。なお、図24〜図26は、実施の形態に係る電源装置1の収納容器の容器本体2の構成を説明するための斜視図である。
リブ220bは、容器本体2の内壁において開口2xから底面に向かって延伸しており、リブ220bの先端と壁体622a又は622cの先端とは、対向方向から見て交差している。具体的には、図24に示すように、リブ220bは、X軸方向から見て、先端が壁体622a及び622cの先端と直交するように配置されている。このように、壁体622a及び622cは、リブ220bと直交して配置されることにより、壁体622a及び622cとリブ220bとは少なくとも揺動時には接触することとなり、衝撃耐性を更に確保することが可能となっている。
なお、リブ220bの先端と壁体622a又は622cの先端とは、直交していることには限定されず、所定の角度で交差していることにしてもよい。この場合でも、リブ220bの先端と壁体622a又は622cの先端とが交差しているため、外力により電源装置1が振動や揺動した場合に、リブ220bの先端と壁体622a又は622cの先端とを容易に接触させて、電気デバイスの部品である回路素子631を保護することができる。
又、リブ220bの先端と壁体622a又は622cの先端とは、対向方向から見て重なる位置に配置されているのであれば、平行になるように配置されていてもよい。この場合でも、リブ220bの先端と壁体622a又は622cの先端とが接触することで、回路素子631を保護する効果は得られる。
リレー回路7においても、図22に示すように、リレー回路7の周縁に形成された壁体722a〜722cを有しており、壁体722a〜722cの高さは、リレー回路7を構成する部品の高さよりも高い。つまり、壁体722a〜722cを組み合わせてなる壁体は、その主面721からの高さH2が、一対のリレー本体730の高さh2よりも大きい。又、当該壁体の先端は、容器本体2の内壁に対向している。又、容器本体2の内壁には、当該壁体に対向して延伸するリブ220aが形成されている。又、リブ220aの先端と当該壁体の先端とは、対向方向から見て交差している。このため、リレー回路7においても、上述した制御回路6と同様の効果を奏する。
このように、本実施の形態によれば、電池を有する電源装置において、電気デバイスを構成する部品の側方に、当該部品の高さよりも高い壁体が配置されているため、当該壁体によって当該部品を保護することができる。つまり、電気デバイスを収納容器に収納して電気デバイスを保護した場合であっても当該収納容器が変形等した場合には電気デバイスが損傷する恐れがあるが、当該壁体によって当該電気デバイスを保護することができる。このため、当該電源装置によれば、管理回路又は電気デバイスを構成する各回路を保護して、製造時の歩留まりの向上並びに使用時の耐久性を高めることが可能となっている。
又、電気デバイスである制御回路6及びリレー回路7は、スタック5の両側面を挟み込む挟持板上に配置されている。このため、当該挟持板に当該電気デバイスを固定することで、容易に電源装置本体4上に当該電気デバイスを配置することができる。
ただし本発明は上記の構成に限定されるものではない。
壁体622a〜622d及び壁体722a〜722cは、いずれも基台620又は720の一部として、主面621又は721から直立するように形成されるものとしたが、基台620又は720は主面621又は721を有さず、壁体のみから構成されるものとしてもよい。この場合、回路基板630又はリレー本体730は、挟持板411R又は411Lに直接接することとなるが、壁体による回路素子等の保護及び収納容器内壁との衝突を防ぐ効果は維持される。
又、壁体622a〜622d及び壁体722a〜722cは、いずれも回路基板630又はリレー本体730の周囲を取り囲むように設けられるものとしたが、周囲の一部のみ形成されるものとしてもよい。この場合でも、収納容器内壁との衝突を防ぐ効果は十分に得られる。
又、壁体622a〜622d及び壁体722a〜722cは、底面から直立するものとして説明したが、当該壁体は、鋭角又は鈍角を以て起立する態様であってもよい。又、当該壁体の材質は、合成樹脂の他、金属その他任意の材料であってもよい。ただし、当該壁体の材質を合成樹脂製とした場合、当該壁体の作成が容易であり、又、同様に樹脂製の容器本体2のリブ220a及び220bとの緩衝材としての相性がよく、より好適である。又、挟持板411R又は411L上に配置される電気デバイスは、制御回路6又はリレー回路7には限定されず、スタック5の充放電とは無関係な動作を行う回路等であってもよい。
又、上記の説明においては、電源装置本体4は、電池本体として複数の単電池50を有する組電池470を含むものとしたが、1つの単電池50を電池本体として含むことにしてもよく、この場合でも上記と同様の効果を奏する。
[収納容器の構成]
次に、電源装置本体4を収納する収納容器の構成について、説明する。
以下、図24〜図26の斜視図を再度参照して、収納容器の容器本体2の構成を詳細に説明する。
図25に示すように、容器本体2の内壁には、組電池470の表面に対向して突起する突起部であるリブ220a〜220cが形成されている。そして、当該突起部の先端は、締結部材440から離隔して配置されている。具体的には、当該突起部は、容器本体2の内壁の締結部材440と対向する面とは異なる面に形成されている。
つまり、容器本体2の内壁には、壁面から直立し、容器の中央に向かって延伸する合成樹脂製のリブ220a〜220cが設けられている。リブ220a〜220cは、容器本体2の開口2xから底面に向かって延伸する、外形矩形の短冊状の部材であって、容器本体2本体と同時に射出成形により形成され、容器本体2と継ぎ目無く一体化した構成を有する。
次に、図24に示すように、リブ220a及び220bは、容器本体2の内壁において、組電池保持具410の一対の挟持板411R又は411Lのうちの少なくとも一方の挟持板と対向する面に設けられている。つまり、電源装置本体4が容器本体2に収納された状態において、リブ220aは、電源装置本体4の左側面に位置し、リレー回路7と正対しており、リブ220bは、電源装置本体4の右側面に位置し、制御回路6と正対している。又、リブ220cは、電源装置本体4の背面に正対している。
これらのリブ220a〜220cは、電源装置1が、例えば車載蓄電池等としての使用時に振動、衝撃が加えられた際に、内蔵する電源装置本体4が容器本体2に直接衝突して、容器本体2が破損するのを防ぐ緩衝材の役割を果たす。これにより、電源装置1の耐衝撃性を向上させる効果を奏し、ひいては汎用性を向上させることが可能となっている。又、電源装置本体4とリブ220a〜220cとの接触は、リブの先端部分に限られるため、電源装置本体4の発熱の影響を低減することが可能となっている。
更に、本実施の形態の電源装置は、図24及び図26に示すように、電源装置本体4の正面と対向する側の内壁221を、リブを設けない平面としたことを特徴としている。
これは以下の理由による。すなわち、容器本体2に収納される電源装置本体4の正面は、スタック5を構成する単電池50の電極端子510が配置される上面51であって、ここは電源装置1の使用に伴い最も発熱が大きくなる箇所でもある。又、電源装置本体4には、スタック5内の電解質分解に起因するガスを排出する排出管としても機能し、その内部に高温のガスが流通する締結部材440が設けられており、この締結部材440も電源装置本体4の正面に配置されていることから、正面が最も大きな発熱源となっている。
更に、電源装置1が振動、揺動するときは、収納容器である蓋部3及び容器本体2も又振動し、その振動はリブの先端部分にまで伝わり、リブの先端部分が電源装置本体4に断続的又は連続的に接触する状態を作り出す。これにより、電源装置本体4にも振動が伝わることとなり、電源装置本体4のボルト等による各部材同士の結合部分、とりわけスタック5を直接拘束する組電池保持具410の一対の挟持板411R及び411Lと締結部材440とを結合するボルト440aに緩みを生じさせ、スタック5の形状保持に影響を及ぼす恐れがある。
以上のことから、容器本体2においては、電源装置本体4の正面に対向する内壁221にリブを設けない構成とすることにより、樹脂製の容器本体2が過熱され変形することを防ぐようにしている。又、内壁221と電源装置本体4の正面との間に形成される空間に、電源装置本体4の正面からの熱を均一に分散させ、放熱効率を高めることが可能となる。
更に、リブを設けない構成とすることで、収納容器の振動がリブを通して締結部材440に影響することを防ぎ、経時変化に伴う締結部材440と組電池保持具410との結合の緩みを抑制することを可能としている。
このように、本実施の形態の電源装置1によれば、容器本体2の内部側壁にリブ220a〜220cを備えたことにより、耐衝撃性並びに耐熱性を向上させ、汎用性に優れた電源装置を提供することが可能となる。
なお、上記の構成においては、リブ220a〜220cは、図示される一部を除いて、容器本体2の内部側面に対して直立するものとして説明したが、内部側面に対して鋭角又は鈍角を以て起立する態様であってもよい。
又、上記の構成においては、リブ220a〜220cはいずれも、容器本体2の開口2xから底面に向かって延伸する、外形矩形の短冊状の部材であって、図示されるように、その幅(容器本体2の内部側面から縁端までの距離)は延伸方向に対してほぼ同一であるとした。しかし、リブ220a〜220cは、開口2xから底面に向かうに従って、その幅が徐々に大きくなる、テーパ状の形状を有する構成であるとしてもよい。この場合、電源装置本体4を容器本体2に収納する際に、電源装置本体4の底面が、幅広になったリブに嵌合することとなり、電源装置本体4を安定して容器本体2内に固定できる効果を奏する。
ただし本発明は上記の構成に限定されるものではない。
上記の説明においては、リブは容器本体2にのみ設けられるものとしたが、蓋部3の内壁にリブを設けた構成としてもよい。
又、図26に示すように、リブは、電源装置本体4の正面と対向する内壁221の全面に渡って設けない構成であるとしたが、リブの先端が締結部材440から離隔して配置されるのであれば、内壁221にリブを配置する構成としてもよい。つまり、内壁221のうち最も高熱となる締結部材440と対向する部分にのみリブを設けない構成としてもよいし、リブの先端が締結部材440から離隔して配置されるように、内壁221の締結部材440と対向する部分にリブを配置する構成としてもよい。これによっても、電源装置1の耐衝撃性及び耐熱性を向上させることができる。
[蓋部の構成]
次に、電源装置本体4を収納する収納容器としての蓋部3の構成及び組電池保持具460の構成について、説明する。
図27、図28及び図33は、実施の形態に係る電源装置1の蓋部3の構成を説明するための斜視図である。又、図29及び図32は、実施の形態に係る電源装置1の正極端子3a近傍の構成を説明するための要部平面図である。又、図30及び図31は、実施の形態に係る電源装置1の負極端子3b近傍の構成を説明するための要部平面図である。
以下、図27及び図28の斜視図を参照して、本実施の形態の電源装置1の更なる作成手順を説明しつつ、本実施の形態の電源装置1における、収納容器の蓋部3及び組電池保持具460の構成を説明する。
まず、図27に示すように、電源装置本体4が収納された状態にある容器本体2に対し、開口2xを塞ぐように蓋部3が被せられる。蓋部3は、上面3xの四隅に貫通孔311aが開口されており、貫通孔311aは容器本体2に嵌合された状態において容器本体2の四隅に設けられた基部230上に開口された穴230aに一致する。貫通孔311aにネジ320を挿入し締結することで、蓋部3と容器本体2とは結合される。
又、蓋部3には、正極端子3a及び負極端子3bにそれぞれ隣接して窓310a及び310bが設けられており、窓310aからは、制御回路6に接続されたハーネス端子632が外部に引き出され、窓310bからは、締結部材440から延長された排出管442の端部が外部に引き出される。
更に、窓310aを介して正極端子3aと電源装置本体4の正極側の電極端子511aとが接続され、窓310bを介して負極端子3bと電源装置本体4の負極側の電極端子511bとが接続される。具体的には、図29の要部平面図に示すように、蓋部3の内側に設けられ正極端子3aに固定された接続端子340が、窓310aを介した操作により、リレー回路7にボルト341で固定されることで、電気的、機械的接続を完成する。同様に、図30に示すように、蓋部3の内側に設けられ負極端子3bに固定された接続端子330が、窓310bを介した操作により、制御回路6にボルト331で固定されることで、電気的、機械的接続を完成する。
ここで、図31に、負極端子3bと電源装置本体4との接続状態を示す。一端が負極の電極端子511bに固定された接続部材610が、制御回路6の接続部材640並びに図21に示す接続部材650を介して接続端子330に接続される。図21に示した接続部材650の裏面に設けられたナット650aと図31に示すボルト331とが締結されることで、負極の電極端子511bと負極端子3bとの接続が完成する。
又、図32に示すように、正極端子3aと電源装置本体4との接続は、一端が正極の電極端子511aに固定された接続部材710が、リレー回路7のリレー本体730を介して接続端子340に接続される。図22に示した接続部材710の裏面に設けられたナット711aと図32に示すボルト341とが締結されることで、正極の電極端子511aと正極端子3aとの接続が完成する。なお、図31及び図32においては、説明のため省略したが、実際には負極端子3bと接続端子330との間、及び実際には正極端子3aと接続端子340との間には、蓋部3が介在している。
次に、蓋部3と電源装置本体4との接続が行われる。すなわち、図28に示すように、蓋部3の上面3x上の、収納容器の背面寄りの部位には貫通孔311bが開口されている。そして、貫通孔311bは、蓋部3が容器本体2に嵌合された状態において、容器本体2に収納された電源装置本体4が有するタブ418に開口された貫通孔418aに一致する。
貫通孔311b及び貫通孔418aにネジ320を挿入してナットと締結することで、蓋部3と電源装置本体4とは結合される。ここでタブ418は、図6に示す組電池保持具410の第1の梁部材417の上側の梁部材417aの中央に設けられたタブであり、図示しない裏面には貫通孔418aと同軸のナットが固定されている。このナットにより、ネジ320は締結される。
更に、図2に示す容器本体2の底面の貫通孔210からネジ211を挿入して、電源装置本体4と容器本体2とを固定する。
最後に、図33に示すように、窓310a及び310bに、それぞれ蓋部材312a及び312bを嵌めこんで、電源装置1を完成する。
以上の構成を有する本実施の形態は、組電池保持具460を用いて作成したことにより、収納容器に収納される電源装置本体4が蓋部3及び容器本体2の双方に固定される構成としたことを特徴とする。
すなわち、図6及び図7に示すように、組電池保持具460は、蓋部3と接続するための貫通孔418aが設けられたタブ418と、容器本体2と接続するための貫通孔422が設けられたタブ423とを備え、これらタブにより、電源装置本体4は、蓋部3及び容器本体2にそれぞれ固定される。
これにより、収納容器内にて電源装置本体4を安定的に固定することが可能となり、信頼性に優れた電源装置を提供することが可能となる。
又、従来のような組電池保持具と収納容器とを接続するための部材を別途必要とすることなく、電源装置本体4を収納容器内に固定できるため、電源装置1の部品点数を削減して、ひいては製造工程数も削減して、生産性に優れた電源装置を実現することが可能となる。
又、本実施の形態は、図2及び図28に示したように、ネジ止めにより収納容器の外側から電源装置本体4を固定する構成としている。これにより収納容器と電源装置本体4の脱着を容易に行うことができ、生産性の向上並びにメンテナンスの容易化を実現することができる。
特に、電源装置本体4は、その正面を単電池50の電極端子510を有する上面としたことにより、電源装置本体4自体の上面及び底面は、単電池50の対称な側面52により構成されており、これに対応してタブ418とタブ423も電源装置本体4に対して上下対称に配置されている。したがって、蓋部3と容器本体2とを固定した後は、図2に示す電源装置本体4と容器本体2との固定又は図28に示す電源装置本体4と蓋部3との固定の作業は、順不同で行うことができる。これにより、電源装置1の組立てにおいて、更なる作業性の向上をもたらすことが可能となっている。
ただし、本発明は上記の構成に限定されるものではない。上記の説明においては、蓋部3は第1の梁部材417を介して電源装置本体4に固定され、容器本体2は第2の梁部材420を介して電源装置本体4に固定されるものとして説明を行った。しかし、収納容器内における電源装置本体4の向きは上下逆でもよく、したがって電源装置本体4に含まれる組電池470は、第1の梁部材417を介して容器本体2に固定され、第2の梁部材420を介して蓋部3に固定される構成であってもよい。要するに、電源装置1は、収納容器内にて組電池470を上面及び下面にて固定できればよく、固定される組電池の構成の具体的内容によって限定されるものではない。
又、上記の説明においては、蓋部3と組電池保持具410との接続は、第1の梁部材417のタブ418を介するものとしたが、一対の挟持板411R及び411Lのタブ414に別途貫通孔を設けることにより、このタブ414を介して行うようにしてもよい。
以上のように、本実施の形態の電源装置1によれば、組電池保持具460、ハーネストレー450、締結部材440、蓋部3及び容器本体2からなる収納容器、の全部又は一部を備えたことにより、生産性を向上させることが可能となる。
又、本実施の形態の電源装置1によれば、制御回路6及びリレー回路7から構成された管理手段、蓋部3及び容器本体2からなる収納容器、の全部又は一部を備えたことにより、耐久性及び汎用性を向上させることが可能となる。
しかしながら、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
上記の説明においては、スタック5は、図9に示すように、組電池保持具460の内壁に組電池470を、電極端子510が設けられた上面51全体がスタック5の側面として露出するように配列して構成するものとした。しかし、組電池470の構成は、これに限定されるものではなく、単電池50の上面とスタック5の上面とを一致するように配列した構成としてもよい。この場合、締結部材440とは別個に安全弁530からの分解ガスを外部に導く排出管が必要となるが、締結部材440をより簡易な構造で実現できる。
又、上記の構成においては、電源装置本体4は、図2等に示すように、単電池50の電極端子510が設けられた上面51全体をスタック5の正面として、収納容器の容器本体2に収納される構成であるとした。しかし、電源装置1は、単電池50の上面と電源装置本体4の上面とが一致した構成としてもよい。要するに、電源装置1は、収納容器内における組電池470の姿勢によって限定されるものではない。
又、上記の説明においては、スタック5と制御回路6又はリレー回路7との接続、及び制御回路6又はリレー回路7と蓋部3の正極端子3a又は負極端子3bとの接続は、板状の接続部材に対するボルトの締結によるものとした。しかし、これら各部の接続は、溶接、半田付け、導電性接着剤による接着等、任意の技術的手段を用いてもよい。又、接続部材に代えて、可撓性の電線を用いてもよい。
同様に、組電池保持具460を構成する、組電池保持具410と第2の梁部材420及び第3の梁部材430との接続もボルトによる締結としたが、部材同士の嵌合、圧着その他任意の技術的手段によるものであってよい。
又、上記の説明においては、単電池50は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池であることとしたが、電気化学反応により充放電可能な電池であれば、ニッケル水素電池その他各種の二次電池を用いてもよい。又、単電池50は、一次電池であってもよい。さらに、単電池50は、電気二重層キャパシタのように、電気を直接電荷として蓄積する方式の素子であってもよい。要するに、単電池50は、電気を蓄積可能な素子の総称であって、その名称や具体的な方式によって限定されるものではない。
又、上記の説明においては、収納容器の外形は六面体であるとしたが、円筒形状等の任意の形状であってよい。又、蓋部3及び容器本体2は、同種の合成樹脂製であることとしたが、互いに異なる材質で製造されたものであってもよい。又、蓋部3又は容器本体2は、金属その他の材料により作成されたものであってもよい。
又、スタック5を構成する単電池50は、金属製の外形六面体としたが、円筒形状であってもよい。又、スタック5は、4つの単電池50から構成される横1行縦4列のスタックであるとしたが、縦横共に任意の数の組合せからなるスタックであるとしてもよい。
又、上記実施の形態においては、同一の電源装置1を対象として、電源装置本体4、組電池470、組電池保持具410及び460、ハーネストレー450、締結部材440、収納容器並びに制御回路6及びリレー回路7を共通して備えるものとしたが、本発明は、上述したこれらの構成を一部だけ備えた態様として実現してもよい。
要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
以上のような本発明は、電源装置の耐久性を高めることが可能になるという効果を有し、例えば二次電池を用いた電源装置等において有用である。
1 電源装置
2 容器本体
2x 開口
3 蓋部
3a 正極端子
3b 負極端子
3x 上面
4 電源装置本体
5 スタック
5a 緩衝材
6 制御回路
7 リレー回路
8a、8b ワイヤハーネス
50 単電池
51 上面
52 側面
53 主面
210 貫通孔
211 ネジ
220a〜220c リブ
221 内壁
230 基部
230a 穴
310a、310b 窓
311a、311b 貫通孔
312a、312b 蓋部材
320 ネジ
330、340 接続端子
331、341 ボルト
410、460 組電池保持具
411R、411L 挟持板
411a、412a、412b、414、418 タブ
411a1、416a3〜416d3 ナット
411b フック
413a、413b、414a、415a〜415d、416a〜416d、418a 貫通孔
415a1〜415d1 突起
415a2〜415d2 パッキン
417 第1の梁部材
417a、417b 梁部材
417a1、417b1 凸部
420 第2の梁部材
421 主面
421a 凹部
422 貫通孔
423 タブ
424 スリット
430 第3の梁部材
430a 凸部
431 タブ
432 貫通孔
433 ボルト
440 締結部材
440a ボルト
440x、440y 内壁
440z1、440z2 リブ
441 吐出端
442 排出管
442a、442b 端面
442a1、442b1 貫通孔
443 主面
444 開口
450 ハーネストレー
451、454 窓
452a、452b リブ
453 固定鈎
455a 背高桟
455b 背低桟
470 組電池
510、511a、511b 電極端子
520 バスバー
530 安全弁
610、640、650 接続部材
610a 貫通孔
620 基台
621 主面
622a〜622d 壁体
630 回路基板
631 回路素子
632 ハーネス端子
640a〜640c ボルト
650a ナット
710、711 接続部材
710a 貫通孔
711a ナット
720 基台
721 主面
722a〜722c 壁体
730 リレー本体
740a〜740c ボルト

Claims (8)

  1. 少なくとも一つの単電池を有する電池本体と、
    前記電池本体上に配置された電気デバイスと、
    前記電気デバイスを構成する部品の側方に配置された壁体とを備え、
    前記壁体の高さは、前記部品の高さよりも高い、
    電源装置。
  2. 前記壁体は、前記電気デバイスの周縁に形成されている、
    請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記壁体は、絶縁性材料製である、
    請求項1又は2に記載の電源装置。
  4. 前記電源装置は、さらに、
    前記電池本体及び前記電気デバイスを収納する収納容器を備え、
    前記壁体の先端は、前記収納容器の内壁に対向している、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の電源装置。
  5. 前記収納容器の前記内壁には、前記壁体に対向して延伸するリブが形成されている、
    請求項4に記載の電源装置。
  6. 前記リブの先端と前記壁体の先端とは、対向方向から見て交差している、
    請求項5に記載の電源装置。
  7. 前記収納容器は、合成樹脂製である、
    請求項4から6のいずれか1項に記載の電源装置。
  8. 前記電池本体は、配列された複数の前記単電池から構成されたスタックと、前記スタックの両側面を挟み込む一対の挟持板とを有し、
    前記電気デバイスは、前記一対の挟持板のうちの少なくとも一方の挟持板上に配置されている、
    請求項1から7のいずれか1項に記載の電源装置。
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