JP2014017190A - 電気ユニットの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】端子間の短絡を防ぐこと。
【解決手段】複数の電池２３を重ね合わせて直列接続してなる電池集合体１３が電池２３の重ね合わせ方向の両端に設けられる一対のエンドプレート１５で挟持され、一方のエンドプレート１５の電池集合体１３と当接する面と反対側の面に、電池集合体の２つの総電極と電気的に接続される電気部品が収容された電気ユニット１７を取り付ける。エンドプレート１５と電気ユニット１７には、それぞれ互いに係合し合うスライド部材３３，３５が設けられ、エンドプレートと電気ユニットにそれぞれ設けられるスライド部材３３，３５の少なくとも一方はスライド方向に延在して形成される。電気ユニット１７は、２つの総電極にそれぞれ接続される端子１９，２１のうち一方の端子が該端子と接続される総電極から離脱する方向にスライドする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気ユニットの取付構造に係り、特に、電気自動車やハイブリッドカーなどに搭載される電源装置において、複数の電池を直接接続する電池集合体に電気ユニットを取り付ける取付構造に関する。

この種の電源装置は、特許文献１に示すように、複数の電池の正極と負極を交互に並べて配置し、隣り合う電池の正極と負極の間をそれぞれバスバーと称される端子で直列に接続して電池集合体を形成し、必要に応じて筺体に収容して用いられる。そして、電池集合体の両端の電池の正極（以下、総正極という。）と負極（以下、総負極という。）が、電源装置の直流出力となる。

電源装置には、電池集合体を制御するための電気ユニットが、電池集合体の電池の重ね合わせ方向の端部に設けられることがある。電気ユニットは、例えば、電源装置の出力電流を検出する電流センサ、プリチャージコンタクタ、メインコンタクタなどを樹脂製のケースに収容して形成され、総正極と総負極にそれぞれ接続される端子を、電気ユニットを介して負荷の制御器に接続するようになっている。

図７に、従来の電源装置の一例を示す。電源装置１は、電池集合体２を電池３の重ね合わせ方向の両端から一対のエンドプレート４で挟み込み、一方のエンドプレート４の電池集合体２と当接する面と反対側の面に、電気ユニット５を取り付けて形成される。電池集合体２の電池３の重ね合わせ方向の端部には、総正極と総負極にそれぞれ接続された端子６，７が、エンドプレート４の両側面に沿って延在して設けられ、これらの端子６，７に電気ユニット５が挟まれる格好で配置されている。そして、電気ユニットは、端子６，７とそれぞれボルト８で締結されることにより、電池集合体２に固定されるようになっている。

一方、図７の電源装置１をメンテナンスなどする際には、図８に示すように、端子６，７からボルト８をそれぞれ取り外し、電池集合体２から電気ユニット５が取り外される。

特開２００９−２８９４３１号公報

しかしながら、このようにして電池集合体から電気ユニットが取り外されると、総正極と総負極にそれぞれ接続される端子の間には、これらの端子を絶縁するものが存在しなくなる。そのため、例えば、作業者が誤って工具などの導電性の部材を両端子に接触させた場合、端子間が短絡されて電池集合体の故障を招くおそれがある。

本発明は、端子間の短絡を防ぐことを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の電池を重ね合わせて直列接続してなる電池集合体が、該電池の重ね合わせ方向の両端に設けられる一対のエンドプレートで挟持され、一方のエンドプレートの電池集合体と当接する面と反対側の面に、電池集合体の２つの総電極と電気的に接続される電気部品が収容された電気ユニットを取り付ける電気ユニットの取付構造において、エンドプレートと電気ユニットには、それぞれ互いに係合し合うスライド部材が設けられ、エンドプレートと電気ユニットにそれぞれ設けられるスライド部材の少なくとも一方はスライド方向に延在して形成されてなり、電気ユニットは、２つの総電極にそれぞれ接続される端子のうち一方の端子が該端子と接続される総電極から離脱する方向にスライドすることを特徴とする。

これによれば、電気ユニットをスライドさせて取り外すときに、一方の端子と電気ユニットを接続しておくことにより、一方の端子と電気ユニットを一体的に取り外すことができる。したがって、電気ユニットが取り外された電池集合体には、他方の端子だけが残るため、端子間の短絡を防ぐことができる。また、電気ユニットを電池集合体に組み付けるときは、一方の端子が接続される電気ユニットをスライド部材に沿ってスライドさせるだけで、一方の端子を総電極に接続することができるため、電気ユニットの位置決めや組み付けの作業を効率的に行うことができる。

この場合において、一方の端子は、電気ユニットのエンドプレートと対向する面から突出して設けられるものとする。これによれば、電気ユニットと一方の端子を一体化させて形成することができるため、一方の端子を電気ユニットに接続するためのボルトやナットを用いる必要がない。したがって、部品点数や組み付け工数などを削減することができ、電源装置のコストを低減することができる。

本発明によれば、端子間の短絡を防ぐことができる。

本発明が適用される電気ユニットの取付構造において、電気ユニットが組み付けられた状態を示す斜視図である。 本発明が適用される電気ユニットの取付構造において、電気ユニットがスライドする状態を示す斜視図である。 本発明が適用される電気ユニットの取付構造において、電気ユニットが取り外された電池集合体の斜視図である。 本発明が適用される電気ユニットの取付構造において、電気ユニットが組み付けられた状態を示す上面図である。 本発明が適用される電気ユニットの取付構造において、電気ユニットがスライドする状態を示す上面図である。 図２の電気ユニットの一端部を拡大して示す図である。 従来の電気ユニットの取付構造において、電気ユニットが組み付けられた状態を示す斜視図である。 従来の電気ユニットの取付構造において、電気ユニットが取り外された状態を示す斜視図である。

以下、本発明にかかる電気ユニットの取付構造の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明にかかる電気ユニットの取付構造を電源装置に適用する例を説明する。ここで、電源装置とは、例えば、電動モータの駆動力によって走行する電気自動車や、エンジンと電動モータとの双方の駆動力で走行するハイブリッド車などに搭載され、電動モータに電力を供給するものである。

図１に本実施形態の電気ユニットの取付構造が適用される電源装置１１を示す。電源装置１１は、電池集合体１３と、エンドプレート１５と、電気ユニット１７と、電池集合体１３の総正極及び総負極とそれぞれ接続される端子１９，２１（端子２１は、図２を参照。）などを備えている。

電池集合体１３は、薄型に形成されたリチウム電池などの電池２３を複数配列して形成される。複数の電池２３は、正極と負極を交互に並べて配列し、隣り合う電池２３の正極と負極間をそれぞれバスバーと称される端子２５で直列接続される。電池集合体１３の電池２３の直列数は、所望の直流電圧に応じて定められ、電池集合体１３の両端に位置される電池２３の正極（以下、総正極という。）と負極（以下、総負極という。）が、電源装置１１の直流出力となる。

電池２３の直列数が奇数のときは、電池集合体１３の互いに反対側の側部に総正極と総負極が位置され、直列数が偶数のときは、電池集合体１３の同一側の側部に総正極と総負極が位置される。なお、本実施形態では、直列数が奇数の例を示す。

複数の電池２３の隣り合う正極と負極の間を接続する複数の端子２５は、絶縁部材である樹脂部材により形成されたケース内に装着されて、バスバーモジュール２７として形成される。図には表れていないが、本実施形態では、各電池２３の正極と負極には、電池側面から突出して設けられた柱状の正極端子又は負極端子が接続され、柱状の各電極端子の外周面にはネジが形成されている。

各端子２５には、隣り合う電池２３の正極端子と負極端子の位置に合わせて一対の穴が形成され、端子２５の穴に各電極端子を差し込んで各電極端子のネジにナットを螺合し、端子２５を各電極端子に締結するようになっている。なお、電池集合体１３の両端に位置される電池２３の総正極又は総負極の柱状の電極端子は、隣り合う電池２３の電極端子と接続されず、専用の端子１９，２１で引き出されるようになっている。

電池集合体１３の電池２３の重ね合わせ方向の一方の端部には、電池集合体１３を制御するための電気ユニット１７が設けられている。電気ユニット１７は、図示していないが、例えば、電源装置１１の出力電流を検出する電流センサ、電源装置１１の出力を投入遮断するメインコンタクタ、メインコンタクタを投入する前に電源装置１１の出力を所定時間投入するプレチャージコンタクタ、などの制御機器を樹脂製のケースに収容して形成されている。電気ユニット１７は、本実施形態では、電池集合体１３の端部の総負極側の電池２３にエンドプレート１５を挟んで固定されている。

エンドプレート１５は、電池集合体１３の電池２３の重ね合わせ方向の両端部に位置させて設けられ、絶縁部材である樹脂部材により直方体状に形成される。一対のエンドプレート１５は、拘束ロッド２９及びボルト３１を締結することにより、互いの間に挟んだ複数の電池２３を束ねて挟持するようになっている。

次に、このようにして構成される本実施形態の特徴構成となる電気ユニット１７の取付構造について図面を参照して説明する。なお、図１乃至図３に示す矢印Ｘは、複数の電池２３の重ね合わせ方向、及び、電池集合体１３の長手方向を示し、矢印Ｙは、電池集合体１３及び電気ユニット１７の幅方向を示し、矢印Ｚは、電池集合体１３及び電気ユニット１７の高さ方向を示している。

本実施形態のエンドプレート１５と電気ユニット１７には、それぞれ互いに対向する面に、互いに係合し合うスライド部材が設けられている。

図３に、電気ユニット１７が取り外された状態のエンドプレート１５の側面を示す。エンドプレート１５には、電気ユニット１７と対向する側面３２の上端縁と下端縁に、それぞれＬ字状に形成されたスライド部材３３ａ，３３ｂが取り付けられている。

スライド部材３３ａは、エンドプレート１５の側面３２の上端縁に沿って設けられ、Ｌ字状に折り曲げた先を下方に向けて配置されている。一方、スライド部材３３ｂは、エンドプレート１５の側面３２の下端縁に沿って設けられ、Ｌ字状に折り曲げた先を上方に向けて配置されている。一対のスライド部材３３ａ，３３ｂは、エンドプレート１５の幅方向（Ｙ方向）に互いに平行に延在して形成されている。

一方、電気ユニット１７のエンドプレート１５と対向する側面には、図１に示すように、上端縁と下端縁にそれぞれ略矩形に形成された突条のスライド部材３５ａ，３５ｂが形成されている。一対のスライド部材３５ａ，３５ｂは、電気ユニット１７のエンドプレート１５と対向する面と面一に形成されるとともに、電気ユニット１７の幅方向（Ｙ方向）に互いに平行に延在して設けられ、それぞれスライド部材３３ａ，３３ｂと係合可能になっている。

このような構成により、電気ユニット１７は、一対のスライド部材３５ａ，３５ｂがそれぞれエンドプレート１５の一対のスライド部材３３ａ，３３ｂの内側に挿入されることにより、スライド部材同士が係合される。これにより、電気ユニット１７は、エンドプレート１５によって支持されるとともに、スライド部材３３ａ，３３ｂに沿ってスライド可能になっている。

図３に示すように、電池集合体１３の電池２３の重ね合わせ方向の一方の端部には、電池集合体１３の総正極（図３の裏側に配置される）に接続された端子２１が取り付けられている。端子２１は、エンドプレート１５の側面に沿って、電池集合体１３の長手方向（Ｘ方向）に延在して設けられている。そして、端子２１は、その基端部が、電池集合体１３の所定位置にボルトやナットで固定されるとともに、先端部が、電気ユニット１７のスライド経路、つまり電気ユニット１７がスライド部材３３ａ，３３ｂに沿って移動する経路に配置されている。

図４に示すように、電気ユニット１７は、電源装置１１の使用時において、端子２１の先端部が、電気ユニット１７の幅方向（Ｙ方向）の一方の側面と当接するようになっている。したがって、図５に示すように、本実施形態では、スライド部材３３ａ，３３ｂに沿って電気ユニット１７を矢印の方向にスライドさせて組み付けるとき、電気ユニット１７の側面が端子２１と当接する位置が、電気ユニット１７の挿入方向の終端位置となる。

一方、端子１９は、電気ユニット１７のエンドプレート１５と対向する面から略垂直に突出させて設けられている。つまり、端子１９の基端部は、電気ユニット１７のケース内に収容されている。端子１９の先端部には、電池集合体１３の総負極の柱状の電極端子３７が挿入可能な挿入穴３９が形成されている（図２）。

端子１９は、電気ユニット１７をスライド部材３３ａ，３３ｂに沿って前後に移動させたときに、電極端子３７に対して挿入穴３９が挿脱可能な位置に設けられている。更に、端子１９は、電気ユニット１７の一方の側面に端子２１の先端部が当接したときに、電極端子３７が挿入穴３９に挿入されて、端子１９と電極端子３７が電気的に接続可能な位置に設けられている。電気ユニット１７は、端子１９の挿入穴３９に電極端子３７が挿入された状態で、電極端子３７にナット４１が締結されることにより、スライド方向の動きが規制されるようになっている。

一方、端子１９は、本実施形態では、樹脂部材のケース内に装着されてバスバーモジュール２７ａとして形成される（図２）。このバスバーモジュール２７ａには、端子１９とともに、電極端子３７を有する電池２３と隣り合う電池２３の電極端子と接続される端子２５（単数又は複数）が装着されている。つまり、端子１９と端子２５は、互いに接触することなくバスバーモジュール２７ａに組み込まれている。ここで、端子２５は、端子１９の挿入穴３９と同様、電気ユニット１７をスライド方向に沿って前後に移動させたときに、電極端子に対して、端子２５に形成される穴が挿脱可能な位置に設けられている。

以上説明したように、本実施形態によれば、電気ユニット１７は、端子１９と一体的に形成され、かつ、端子１９（挿入穴３９）が総負極の電極端子３７から離脱する方向にスライドすることから、電池集合体１３から、端子１９と電気ユニット１７を一体的に取り外すことができる。これにより、電気ユニット１７が取り外された状態の電池集合体１３には、総電極端子に接続される端子１９，２１のうち、端子２１だけが残るため、端子１９，２１間の短絡を防ぐことができる。

また、本実施形態によれば、電気ユニット１７の組み付け作業時に、電気ユニット１７を設定位置（終端位置）までスライドさせることにより、電気ユニット１７の側面に、端子２１が当接（接続）して電気ユニット１７と総正極が接続するとともに、電気ユニット１７と一体化された端子１９の挿入穴３９に電極端子３７が挿入されて電気ユニット１７と総負極が接続される。つまり、電気ユニット１７を設定位置までスライドさせるだけで、電気ユニット１７を電池集合体１３の２つの総電極と電気的に接続することができる。これにより、電気ユニット１７の組み付け作業時において、電気ユニットの位置決めを容易に行うことができ、しかも、電気ユニット１７はエンドプレート１５に保持されたままスライドするから、電気ユニット１７の組付作業の作業効率を高めることができる。また、本実施形態によれば、端子２１と電気ユニット１７との接続部分をナットやボルトなどで締結する必要がないため、端子１９と電極端子３７を接続するナット４１で取り外すだけで、電気ユニット１７を容易に取り外すことができる。

また、本実施形態によれば、端子１９と電気ユニット１７が一体的に形成されるため、端子１９と電気ユニット１７を接続するためのボルトやナットなどの締結具を必要としない。また、端子２１と電気ユニット１７とを接続するためのボルトやナットなどの締結具も必要としない。したがって、本実施形態によれば、電源装置１１の部品費用や組み立て費用を低減することができる。

また、図７に示す従来構造の場合、電気ユニットは、総電極と接続される一対の端子で支持されているため、これらの端子と電気ユニットを接続するボルトが取り外されたときに、電気ユニットを不注意で落下させてしまい、電気ユニットの故障を招くおそれがあった。しかし、本実施形態によれば、電気ユニット１７は、スライド部材３３ａ，３３ｂによって支持されるため、端子１９と電極端子３７を締結するナット４１を取り外したときに、電気ユニット１７が落下するおそれがない。

また、本実施形態では、端子１９を端子２５とともにバスバーモジュール２７ａに組み込んで形成していることから、電気ユニット１７が取り外された状態で、万が一、総正極と総負極との間で短絡が起きたとしても、その短絡による電位差を少なくすることができるため、電池集合体１３の故障を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、本実施形態では、電気ユニット１７がエンドプレート１５の幅方向（Ｙ方向）にスライドする例を説明したが、電気ユニット１７のスライド方向は、この方向に限られるものではなく、電気ユニット１７の所望のスライド方向に応じたスライド部材３３ａ，３３ｂが形成されるエンドプレート１５を使用することにより、スライド方向を異ならせることができる。

また、本実施形態では、エンドプレート１５側に、幅方向（Ｙ方向）に沿って延在するスライド部材３３ａ，３３ｂを設けるとともに、電気ユニット１７側に、幅方向（Ｙ方向）に沿って延在するスライド部材３５ａ，３５ｂを設ける例を説明したが、この例に限られるものではなく、例えば、エンドプレート１５と電気ユニット１７にそれぞれ設けられるスライド部材のうち、少なくとも一方がスライド方向に延在して設けられていればよい。これにより、延在するスライド部材に沿って他方のスライド部材をスライドさせることができるため、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

１１ 電源装置
１３ 電池集合体
１５ エンドプレート
１７ 電気ユニット
１９，２１，２５ 端子
２３ 電池
２７ バスバーモジュール
３２ 側面
３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ スライド部材
３７ 電極端子
３９ 挿入穴

Claims (2)

1. 複数の電池を重ね合わせて直列接続してなる電池集合体が該電池の重ね合わせ方向の両端に設けられる一対のエンドプレートで挟持され、一方の前記エンドプレートの前記電池集合体と当接する面と反対側の面に、前記電池集合体の２つの総電極と電気的に接続される電気部品が収容された電気ユニットを取り付ける電気ユニットの取付構造において、
   前記エンドプレートと前記電気ユニットには、それぞれ互いに係合し合うスライド部材が設けられ、前記エンドプレートと前記電気ユニットにそれぞれ設けられる前記スライド部材の少なくとも一方はスライド方向に延在して形成されてなり、
   前記電気ユニットは、２つの前記総電極にそれぞれ接続される端子のうち一方の端子が該端子と接続される前記総電極から離脱する方向にスライドすることを特徴とする電気ユニットの取付構造。
2. 前記一方の端子は、前記電気ユニットの前記エンドプレートと対向する面から突出して設けられることを特徴とする請求項１に記載の電気ユニットの取付構造。

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