JP2014032900A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】仮に転倒したとしても、電極が損傷し難い構成の電源装置とする。
【解決手段】正極３及び負極４の電極端子が同一方向に導出された組電池１０と、電極端子３、４の導出方向である電極取り出し方向に延びて設置面に接地する第１接地部２Ａ、電極取り出し方向とは反転方向である非電極取り出し方向に延びて設置面に接地する第２接地部２Ｂ、及び組電池１０を保持する保持部２Ｃを含んで構成される支持部材２とを備え、重心位置が、電極取り出し方向における最外端と非電極取り出し方向における最外端との中間位置よりも、非電極取り出し方向側に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極、負極の両端子が同じ方向を向いて設置されている電源装置に関する。

例えば、ハイブリッド車両用または電動車両用の駆動用モータの電源装置として、複数のバッテリを積層したものをブラケットにより保持すると共に電気的に接続した、いわゆるパック電池が特許文献１に開示されている。

特開２００７−２９９５４４号公報

特許文献１のパック電池のような車両用の電源装置は、通常、車体のフロア等に設けられた車体側固定部位に合わせて作られた支持部材を備え、この支持部材と車体側固定部位をボルト等で締結することによって、車体に固定される。これにより、車両の加減速時や旋回時に電源装置が転倒することを防止している。上記のような車両用の電源装置であれば、搭載する車種毎に車体側固定部位に応じた支持部材を設計することで、電源装置を確実に固定し、転倒を防止できる。

しかしながら、近年では、パック電池等からなる電源装置を家庭用電源として使用することが提案されている。車両に搭載するのであれば、上記のように車種毎に支持部材を設計することで確実に固定し、転倒を防止できるが、家庭用の場合には設置場所は多岐にわたるので、設置場所の条件によっては、確実な固定が困難な場合も生じ得る。例えば、電源装置を地表面に設置する場合、地表面が土や砂利等といった未舗装状態であると、ボルト等での固定は難しい。このため、地震や強風等により電源装置に水平方向の加速度が入力されると転倒するおそれがある。そして、転倒時に電極端子が地面に衝突して電源装置の損傷を招くおそれがある。特に、家庭用の電源装置として用いる場合、設置場所の占有面積を小さくするために、高さ方向の寸法を大きくとることが望ましい。しかし、重心位置が高くなることで転倒する可能性は高まる。

そこで、本発明では、仮に転倒したとしても電極端子が損傷し難い電源装置を提供することを目的とする。

本発明の電源装置は、正極及び負極の電極端子が同一方向に導出された組電池と、電極取り出し方向に延びて設置面に接地する第１接地部、電極取り出し方向とは反転方向である非電極取り出し方向に延びて設置面に接地する第２接地部、及び組電池を保持する保持部を含んで構成される支持部材とを備える。そして、重心位置が、電極取り出し方向における最外端と非電極取り出し方向における最外端との中間位置よりも、非電極取り出し方向側に位置する。

本発明によれば、重心位置が、電極取り出し方向における最外端と非電極取り出し方向における最外端との中間位置に対して、非電極取り出し方向側にずれているので、地震等による加振力が入力された場合には、電極取り出し方向側より非電極端子側に倒れ易い。したがって、仮に電源装置が転倒したとしても電極端子は損傷し難い。

図１は電源装置の一例を示す図である。 図２は電極保護用の絶縁性カバーについて示す図である。 図３は第１実施例の概略構成図である。 図４は図３の点Ａ−点Ｄを抽出した図である。 図５（Ａ）は電源装置に加振力が作用した状態を示す図であり、図５（Ｂ）は点Ａ回りに回転させようとする力を示す図であり、図５（Ｃ）は点Ｂ回りに回転させようとする力を示す図である。 図６は第２実施例の概略構成図である。 図７は第３実施例の概略構成図である。 図８は第４実施例の概略構成図である。 図９は第５実施例の概略構成図である。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本実施形態を適用する電源装置の一例を示す図である。

この電源装置は、４つのバッテリ１０を縦横にそれぞれ２つずつ積層し、積層した状態でブラケット２により保持したバッテリスタック１を、電極取り出し方向を揃えて３つ並べたものである。なお、図１の右端のバッテリスタック１については、積層の状態を理解し易くするため、ブラケット２に保持された状態のバッテリ１０を破線で示している。

バッテリ１０の、最も長い辺と最も短い辺で画成される面を底面または上面、最も長い辺と次に長い辺で画成される面を側面、最も短い辺と次に短い辺で画成される面を端面とする。バッテリ１０は、正極端子３及び負極端子４を同一の端面に備えている。

バッテリスタック１は、バッテリ１０を、正極端子及び負極端子を設けた端面（電極端子取り出し面）が同一方向を向くように、縦方向及び横方向に２つずつ並べた状態でブラケット２により保持したものである。電極端子取り出し面が向く方向を電極端子取り出し方向とする。ブラケット２については後述する。

バッテリスタック１の各バッテリ１０は、バスバ６により直列接続されている。そして、隣り合うバッテリスタック１はハーネス５により直列接続され、ハーネス５の一端は正極出力線、他端は負極出力線となる。

実際の使用時には、各バッテリスタック１の電極端子取り出し面に、図２に示すような取り外し可能な絶縁性のカバー１１を装着し、電極を保護する。

ブラケット２は、脚部２Ａ、２Ｂと、バッテリ１０を側面及び上面を被うようにして保持する保持部２Ｃと、を含んで構成される。

なお、脚部２Ａ、２Ｂについては、便宜上、電極端子取り出し面側を前脚部２Ａ、他方を後脚部２Ｂとする。また、バッテリスタック１の組立工程の簡便化のため、ブラケット２は電極端子取り出し方向から見て右側からバッテリ１０を保持する右側ブラケット２Ｒと、同じく左側からバッテリ１０を保持する左側ブラケット２Ｌの２つの部品から構成されている。

ブラケット２は、前脚部２Ａ、後脚部２Ｂ、及び保持部２Ｃを一枚の部材を折り曲げる等して一体に形成してもよいし、別個の部材であってバッテリ１０に固定した状態でブラケット２として機能するようにしてもよい。また、図１、図２では、前脚部２Ａ、後脚部２Ｂが設置面に対して面接触するよう構成されているが、これに限られるわけではない。例えば、前脚部２Ａ及び後脚部２Ｂが設置面に対して直交する面となるような構成であっても構わない。

次に、本実施形態のバッテリスタック１の傾倒防止構造の考え方について説明する。なお、以下の説明において、設置面は水平な面であるものとする。

図３は、バッテリスタック１を図２の矢印III方向から見た図である。なお、図３においては、簡単の為、積層した状態のバッテリ１０をまとめて「バッテリ１０」として表示している。

図３の点Ａは前脚部２Ａの最外方接地点、つまり電極取り出し側の最外方接地点である。点Ｂは後脚部２Ｂの最外方接地点、つまり電極取り出し側とは反対側の最外方接地点である。点Ｃはバッテリスタック１の重心点である。点Ｄは接地点Ａと接地点Ｂの中点である。

図４は、図３の点Ａ−点Ｄを抽出し、点Ａ、点Ｂ、及び点Ｃを直線で結んだ図である。図示するように、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃは、辺ＡＢが設置面に接する三角形ＡＢＣ、点Ｄは辺ＡＢの中点として表わすことができる。

図５（Ａ）−図５（Ｃ）は、バッテリスタック１に横方向の加振力Ｆ（以下、単に「外力Ｆ」という）が加わった場合の、バッテリスタック１を傾倒させようとする力について説明するための図である。以下の説明において、バッテリスタック１の質量をＭとする。

図５（Ａ）に示すように、外力Ｆがバッテリスタック１に作用すると、外力Ｆが図中左向きならばバッテリスタック１は点Ａ回りに、逆に図中右向きならば点Ｂ回りに回転しようとする。そこで、点Ａまわりのモーメント及び点Ｂ回りのモーメントについて考える。

（点Ａ回りのモーメント）
図５（Ｂ）に示すように、点Ｃに図中左向きの外力Ｆ及び重力Ｍｇが作用する。辺ＡＣに対して垂直な成分を考えると、点Ｃに対して辺ＡＣに直交する方向に作用する力Ｆａは、式（１）で表される。なお、式（１）におけるαは∠ＣＡＢの大きさである。

Ｆａ＝Ｆｓｉｎα−Ｍｇｓｏｃα ・・・（１）

したがって、辺ＡＣの長さをＬＡとすると、点Ａ回りのモーメントＭａは式（２）で
表わされる。

Ｍａ＝Ｆａ×ＬＡ ・・・（２）

（点Ｂ回りのモーメント）
点Ａ回りのモーメントと同様に点Ｂ回りのモーメントについて考える。図５（Ｃ）に示すように、辺ＢＣに直交する力をＦｂ、∠ＡＢＣの大きさをβ、辺ＢＣの長さをＬＢ、点Ｂ回りのモーメントをＭｂとすると、力Ｆｂ、モーメントＭｂはそれぞれ式（３）、式（４）のように表わされる。

Ｆｂ＝Ｆｓｉｎβ−Ｍｇｃｏｓβ ・・・（３）

Ｍｂ＝Ｆｂ×ＬＢ ・・・（４）

ここで、辺ＡＢの長さをＬとすると、式（５）、式（６）の関係がある。

ＬＡｃｏｓα＋ＬＢｃｏｓβ＝Ｌ ・・・（５）

ＬＡｓｉｎα＝ＬＢｓｉｎβ ・・・（６）

そして、式（５）、式（６）から、ＬＡ、ＬＢを求めると、式（７）、式（８）のようになる。

なお、式（７）のＴは、式（９）の通りである。

したがって、式（２）、式（４）、式（７）、式（８）より、モーメントＭａ、Ｍｂが式（１０）、式（１１）のように導きだされ、両者の差は式（１２）で表される。

次に、式（１２）について、α、βの大きさ毎に検討する。

（１）０＜α＜β＜９０°の場合

この場合、０＜ｔａｎα＜ｔａｎβであるから、モーメントＭｂ＞モーメントＭａとなる。

（２）α＜β＝９０°の場合

この場合、ｔａｎβ→∞であるから、１/ｔａｎβ→０となる。したがって、（１）の場合と同様に、モーメントＭｂ＞モーメントＭａとなる。

（３）０＜α＜９０°＜β＜１８０°の場合

この場合、ｔａｎα＞０、ｔａｎβ＜０であるから、（１）、（２）の場合と同様に、モーメントＭｂ＞モーメントＭａとなる。

つまり、図５（Ａ）−図５（Ｃ）に示すようにαがβより小さければ、点Ｂ回りのモーメントＭｂが点Ａ回りのモーメントＭａよりも大きくなる。つまり、外力Ｆが例えば地震のように左右方向に交互に作用した場合には、点Ａ回りよりも点Ｂ回りに転倒し易い。したがって、仮に転倒したとしても、電極が設置面等に衝突することを回避できる。

ところで、αがβより小さい場合というのは、上述した三角形ＡＢＣの辺ＡＣが辺ＢＣよりも長い場合、つまり、バッテリスタック１の重心位置が、前脚部２Ａの最外方接地点Ａと後脚部２Ｂの最外方接地部Ｂの中点Ｄよりも点Ｂ側に位置する場合である。

このような条件を実現するためのバッテリスタックの構造について、以下、実施例を挙げて説明する。

（第１実施例）
図３に示すように、重心位置Ｃが点Ａと点Ｂの中点Ｄよりも点Ｂ側になるように、前脚部２Ａを後脚部２Ｂよりも長く設定する。これにより、上述したようにバッテリスタック１が転倒しても電極が設置面等に衝突して損傷することを回避できる。

（第２実施例）
図６は第２実施例のバッテリスタック１の構造を示す図である。本実施例では、前脚部２Ａの長さは、後脚部２Ｂと同じ、又はそれより短くても構わない。

本実施例のブラケット２は補助部材２０を備えており、この補助部材２０が保持部２Ｃの電極取り出し側から設置面まで延びている。そして、補助部材２０の設定面と接触部のうち、電極取り出し方向側の最外方接地点である点Ａ２は、第１実施例の点Ａと同様の条件を満たす。

すなわち、補助部材２０は、最外方接地点Ａ１からバッテリスタック１の重心位置までの水平距離Ｌ１が、後脚２Ｂの最外方接地点Ｂから重心位置までの水平距離Ｌ２よりも長くなるよう設定されている。

なお、本実施例のように補助部材２０を用いる場合、前脚部２Ａを後脚部２Ｂと同じ長さにすると、右側ブラケット２Ｒと左側ブラケット２Ｌが同形状になる。すなわち、ブラケット２の製造にあたり、１種類のブラケット用部品を右側ブラケット２Ｒ又は左側ブラケット２Ｌのいずれにも使用することができる。このように部品の共用化ができることで、コストダウンを図ることができる。

（第３実施例）
図７は、第３実施例のバッテリスタック１の構造を示す図である。

本実施例のブラケット２は、脚部２Ａ、２Ｂ及び保持部２Ｃに加えて、さらに楔状部材３０を含んで構成される。

楔状部材３０は、図２の矢印III方向から見た断面形状が三角形であって、ブラケット２の下面に固定される。これにより、前脚部２Ａの方が後脚部２Ｂよりも設置面に対して高くなる。つまり、ブラケット２の下面が設置面に対して傾く。

図７において、前脚部２Ａの最外方接地点Ａと重心位置Ｃを結ぶ直線と、重心位置Ｃから鉛直下向きに延びる直線とがなす角を角θとする。また、後脚部２Ｂの最外方接地点Ｂと重心位置Ｃを結ぶ直線と、重心位置Ｃから鉛直下向きに延びる直線とがなす角を角φとする。このとき、角θ＞角φの条件を満たすようなブラケット２の下面の傾きになるように、楔状部材３０及び前脚部２Ａ及び後脚部２Ｂの長さを設計する。

なお、楔状部材３０は上述した傾きを実現できるのであれば、必ずしも断面形状が三角形である必要はない。また、楔状部材３０をブラケット２と一体に形成してもよい。例えば、一枚の板状部材を折り曲げて前脚部２Ａ、後脚部２Ｂ、保持部２Ｃ、及び楔状部材３０に相当する部分を形成してもよい。

なお、本実施例でも、第２実施例と同様に、ブラケット２を構成する部品を共用化できる。

（第４実施例）
図８は、第４実施例のバッテリスタック１の構造を示す図である。

本実施例は、第３実施例と同様にバッテリスタック１を傾けることによって、重心位置Ｃを、前脚部２Ａの最外方接地点Ａと後脚部２Ｂの最外方接地点Ｂの中点よりも、電極取り出し側とは逆側にずらす。ただし、楔状部材３０は用いずに、前脚部２Ａ及び後脚部２Ｂが設置面に接触する点で第３実施例とは異なる。

（第５実施例）
図９は、第５実施例のバッテリスタック１の構造を示す図である。

本実施例は、バッテリスタック１の重心位置Ｃが、前脚部２Ａの最外方接地点Ａと後脚部２Ｂの最外方接地点Ｂの中点Ｄに対して電極取り出し側とは逆側となるように、ブラケット２に錘４０を装着する。なお、重心位置Ｃが中点Ｄに対して電極取り出し側とは逆側になればよいので、錘４０の形状等は問わない。

なお、本実施例でも、第２実施例、第３実施例と同様に、ブラケット２を構成する部品を共用化できる。

また、例えばブラケット２の保持部２Ｃを前脚部２Ａ側と後脚部２Ｂ側に分割した構成とし、後脚部２Ｂ側の板厚を前脚部２Ａの板厚より厚くすることで錘４０を取付けたのと同様の効果を得ることもできる。ただし、この場合は上述した部品の共用化はできない。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。

正極端子３及び負極端子４が同一方向に導出されたバッテリ１０と、電極取り出し方向に延びて設置面に接地する前脚部２Ａ、電極取り出し方向とは反転の非電極取り出し方向に延びて設置面に接地する後脚部２Ｂ、及びバッテリ１０を保持する保持部２Ｃを含んで構成されるブラケット２を備える。そして、重心位置（点Ｃ）が、電極取り出し方向における最外端（点Ａ）と非電極取り出し方向における最外端（点Ｂ）との中間位置（点Ｄ）よりも、非電極取り出し方向側に位置する。したがって、バッテリスタック１に地震等による横方向の加振力Ｆが作用した場合には、点Ａ回りよりも点Ｂ回りに転倒し易い。これにより、仮に転倒したとしても、電極端子３、４が設置面等に衝突して損傷することを回避できる。

上記のような重心位置（点Ｃ）を実現するには、前脚部２Ａを後脚部２Ｂより長くする、補助部材２０を用いる、バッテリ１０を傾ける、後脚部２Ｂ側が前脚部２Ａ側より重くなるような質量分布にする、等の方法がある。

補助部材２０を用いる場合、楔状部材３０を用いる場合、錘４０を用いる場合であれば、ブラケット２がバッテリ１０を左右から挟持する２つの部品からなる構成のときに、２つの部品を同形状にして共用化することができる。これによりコストの低減を図ることができる。

なお、本発明のバッテリスタック１が上記の効果を奏するのは、図１のように電極取り出し面を揃えて配置する場合に限られない。例えば、２つのバッテリスタック１を設置する場合に、設置場所によっては電極取り出し方向に沿って一列に並べざるを得ず、ハーネス５の取り回し等の観点から、互いの電極取り出し面を対向させるように配置することが望ましいこともある。このような配置にする場合であっても、本発明のバッテリスタック１であれば、仮に転倒しても互いに離れる方向に転倒することになるので、転倒によって電極設置面同士が衝突して電極の損傷を招くことを回避できる。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ バッテリスタック（電源装置）
２ ブラケット（支持部材）
２Ａ 前脚部
２Ｂ 後脚部
３ 正極端子
４ 負極端子
５ ハーネス
６ バスバ
１０ バッテリ（組電池）
２０ 補助部材
３０ 楔状部材（傾斜部材）
４０ 錘

Claims (7)

1. 正極及び負極の電極端子が同一方向に導出された組電池と、
   前記電極端子の導出方向である電極取り出し方向に延びて設置面に接地する第１接地部、前記電極取り出し方向とは反転方向である非電極取り出し方向に延びて設置面に接地する第２接地部、及び前記組電池を保持する保持部を含んで構成される支持部材と、
   を備えた電源装置であって、
   重心位置が、前記電極取り出し方向における最外端と前記非電極取り出し方向における最外端との中間位置よりも、前記非電極取り出し方向側に位置する電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記電極取り出し方向における最外端は前記第１接地部の前記電極取り出し方向における最外端であり、前記非電極取り出し方向における最外端は前記第２接地部の前記非電極取り出し方向における接地部であり、
   前記第１接地部の前記電極取り出し方向の長さが、前記第２接地部の前記非電極取り出し方向の長さより長い電源装置。
3. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記支持部材が、前記第１接地部側の設置面に接地する補助部材をさらに備え、
   前記補助部材の、設置面に接地する部分の前記電極取り出し方向における最外端が、前記電極取り出し方向における最外端である電源装置。
4. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記組電池は前記保持部材に保持された状態で前記非電極取り出し方向に傾いており、
   前記第１接地部の前記電極取り出し方向における最外端と重心位置とを結ぶ直線と、重心位置から鉛直下向きに延びる直線とがなす角を角θとし、前記第２接地部の前記非電極取り出し方向における最外端と重心位置とを結ぶ直線と、重心位置から鉛直下向きに延びる直線とがなす角を角φとしたとき、角θ＞角φである電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置において、
   前記支持部が、前記第１接地部の前記電極取り出し方向における最外端の鉛直方向位置を、前記第２接地部の前記被電極取り出し方向における最外端よりも高くする傾斜部材をさらに含んで構成される電源装置。
6. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記電極取り出し方向側よりも前記非電極取り出し方向側の方が重い質量分布となっている電源装置。
7. 請求項６に記載の電源装置において、
   前記支持部材の、前記電極取り出し方向における最外端と前記非電極取り出し方向における最外端との中間位置よりも前記非電極取り出し方向側の部分に錘を装着した電源装置。

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