JP2014171366A - 高電圧蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の高電圧蓄電装置においては、外部から行うモジュール間の遮断を行う場合は、中間電位付近の１箇所を、サービスキー、プラグなどを抜くなどの方法で行うため、外部から全モジュール間を同時に遮断することができない問題点があった。
【解決手段】この発明に係る高電圧蓄電装置においては、直列に配置された隣接する蓄電池モジュール間の正極負極の接続は、軸方向に導電部と絶縁部を交互に有するロッドの導電部を軸方向にスライドさせることで行われる。そのため、蓄電池モジュールやロッドを収納ボックス外部から、導通、遮断を容易に切替えることが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電気自動車の車載電源や定置型蓄電池装置に用いられる高電圧蓄電装置に関するものである。

従来から、バッテリ電力により電動モータを駆動して走行する電気自動車や、太陽光発電と定置用蓄電池を組み合わせて負荷平準化を行う定置型蓄電池装置等が開発されている。例えば、車載電源では、電動モータを高出力で効率よく駆動させるために車載電源の高電圧化が図られている。また、定置型蓄電池装置においては、電力変換器を介して交流２００Ｖ，または１００Ｖで電力を供給するため、蓄電池の高電圧化が図られている。

しかし、このような高電圧蓄電装置においては、点検・整備作業時に安全上の目安となる４０〜５０ボルト以下にすることが望ましい。そこで、従来技術では、複数の蓄電池モジュールの中間辺りのモジュール間に安全プラグを装着し、そのプラグを外部から抜くことで、複数のモジュールの両端を電気的に開放する技術が考案されていた。また、特許文献１に示されるように、すべてのモジュールの電力端子に、安全プラグ接続台に固定した差し込み式の安全プラグをつけて、安全プラグ接続台を取り外した時にモジュール間の遮断を行うことが提案されていた。

特開２００７−２５０４７２号公報

しかしながら、従来の高電圧蓄電装置は、点検、整備作業時のみならず、トラブル時や解体時などに、数多いモジュール端子の全てを開放して電気的接続を遮断する必要があった。つまり、従来技術では、すべての雌雄の安全プラグの接点分離を同時に外部から行うことができず、かかる作業は容易ではなく煩雑なものであった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高電圧蓄電装置の複数のモジュールの両端を電気的に開放するにあたり、かかる作業が容易におこなえる高電圧蓄電装置を提供することを目的としている。

本発明に係る高電圧蓄電装置は、複数の蓄電池が接続されて電源出力とする高電圧蓄電装置において、高電圧蓄電装置は、各蓄電池を電気的に接続または絶縁するロッド及び当該ロッドをロッドの軸方向に移動する機構と、蓄電池同士を電気的に接続する複数の端子とを備えている。そして、ロッドは各蓄電池を接続する数以上の絶縁部及び導電部をロッド表面に有し、かつ絶縁部及び導電部はロッドの軸方向に交互に配置されてなり、複数の端子は、ロッドの軸方向に沿って並びかつロッドに圧接して配置され、ロッドの軸方向の移動によって、端子と圧接するロッド表面が導電部又は絶縁部に切り替わり、各蓄電池間の電気的接続が同時に切り替わる構造であることを特徴とするものである。

本発明に係る高電圧蓄電装置においては、上記のように構成したので、高電圧蓄電装置のモジュール端子の電気的接続の遮断が容易に可能となる。

この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置のロッド部分の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置のロッド部分の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置の部分断面図である。 この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置のベース板をロッドの反対側からみた外観図である。 この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置のロッドの外観図である。 この発明の実施の形態１に係る高電圧蓄電装置の金属リングの模式図である。 この発明の実施の形態２に係る高電圧蓄電装置の模式図である。

実施の形態１．
はじめに、本発明の高電圧蓄電装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。特記する場合を除いて、高電圧蓄電装置の構成は全ての実施の形態において共通である。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。

図１は、本形態に係る高電圧蓄電装置の構成図であって、ロッドを介して蓄電池モジュールを直列に接続した状態の図である。また図２も、同装置の構成図であるが、蓄電池モジュール間が遮断された状態を示す図である。また、図３は、高電圧蓄電装置を構成するロッド部分の斜視図である。図３においては、蓄電池モジュールを直列に接続した状態を示す。一方、図４においては、蓄電池モジュール間は遮断された状態を示す。なお、本形態では蓄電池を「蓄電池モジュール」と称して説明する。

まず、図１を参照して、本形態に係る高電圧蓄電装置の全体構成から説明する。

蓄電池モジュール１０が複数配置され、それぞれの正極電極端子（＋）３１は、電流ケーブル１００を介して、絶縁材料で構成されるベース板６０に固定された正極電力端子３２に接続されている。一方、負極電極端子（−）４１も正極側と同様に、電流ケーブル１００を介して、絶縁部材であるベース板６０に固定された負極電力端子４２に接続されている。

複数の蓄電池モジュール１０について、蓄電池モジュール１０の正極電力端子３２と隣接する蓄電池モジュール１０の負極電力端子４２がロッド５０の導電部５２を介して電気的に接続されている。そのため、複数の蓄電池モジュール１０は電気的に直列に接続されることとなり、高電圧蓄電装置全体として高電圧を発生させることができる。
なお、なお、本形態では各蓄電池を電気的に接続または絶縁するロッドを単に「ロッド」と称して説明する。本実施の形態のロッドは、言換えれば、スイッチングするためのロッドである。

ここで、ロッド５０について説明する。ロッド５０は、軸方向に絶縁部５１と導電部５２が交互に形成され、それぞれの導電部５２の位置に対応する正極電力端子３２と対向する負極電力端子４２が接触し、蓄電池モジュール１０が直列接続される。

次に、図２を参照しながら、複数の蓄電池モジュール間が電気的に遮断された状態を説明する。図２は、図１の状態からロッド５０が軸方向にスライドされた状態を示す。かかる状態では、正極電力端子３２と負極電力端子４２とは絶縁部５１がこれらの間に入るため、電気的な接続が遮断された状態となる。

さらに、正極電力端子３２及び負極電力端子４２とロッド５０との接触部の詳細な構成形態を図３に示す。図３において、正極電力端子３２及び負極電力端子４２がロッド５０の導電部５２に圧接している状態を示す。図５は、正極電力端子３２及び負極電力端子４２がロッド５０に圧接している部分の断面構造を示す。正極電力端子３２及び負極電力端子４２は、共に、円弧部分と板状部分３３，４３からなり、全体が弾性を有している。板状部分３３，４３の端部は、ベース板６０を貫通しかつベース板６０に固定されている。ロッド５０の外径と正極電力端子３２及び負極電力端子４２の円弧部分の内径をほぼ等しくすると、円弧面でロッド５０と各電力端子の円弧内側は面で圧接する構成になる。本形態ではかかる構成としている。

上記のような構成とすることにより、電力端子３２及び４２とロッド５０の間に最大電流値に応じた適度な接触面積が確保できるとともに、電力端子の弾性による適度な接触圧を印加することが可能となる。

次に、図６にベース板６０の裏面を示す。板状部分３３，４３は、ベース板６０の裏面まで貫通し、裏面で電流ケーブル１００が接続され、正極負極それぞれの電極端子３１、４１に導かれる。

図７にロッド５０の絶縁部５１、導電部５２の構成を示す。図７中の（Ａ）は、ロッド５０の本体を示す図である。ロッド５０は、樹脂、セラミックなどの絶縁物である。この本体に正極負極電力端子３２、４２の間隔と同等の間隔で、導電部５２と絶縁部５１が構成される。導電部５２は、本体の径を小さくした部分５７に図８に示す金属リングをはめ込み形成される。この時、導電部５２の外形を絶縁部５１の外形と等しいか大きくすることで導電部５２に圧接している正極及び負極電力端子３２、４２からロッド５０を軸方向に容易にスライドさせることが可能となり、正極電力端子３２及び負極電力端子４２間を遮断することができる。

なお、金属リングは、高温で膨張させてはめ込むことで絶縁部の外径の大きいところを通して、径の小さい部分にも容易にはめ込むことが可能となる。図５中の（Ｂ）には、ロッドに導電部５ｂである金属リングをはめ込んだ状態を示す。なお、金属リングははめ込んだ後、ロッド本体との間で密着する必要はなく、むしろ多少隙間が空いていると、ロッドを軸方向にスライドさせる際、捻っても導電部から電力端子には回転力が伝わらないため、軽い力でスライドさせることが可能となる。

次に、高電圧蓄電装置のスイッチング動作について、図3、図４を用いて説明する。
図３に示すロッド５０は軸方向の位置によって全ての正極電力端子３２及び負極電力端子４２が同時に導電部５２に接触したり、反対に全ての正極電力端子３２及び負極電力端子４２が同時に絶縁部５１に接触することになる。図３は導電部５２に接触している状態を示す。ロッド５０の端部は、収納ボックス２０の外部に出ており、最端部には脱着可能でロッド５０を軽い力で回転するためにハンドル７０が取り付けられる。ロッド５０には収納ボックス２０の内側から外側にかけては雄ネジ部５６が構成されているとともに、収納ボックス２０はこの雄ネジ５６に嵌めあう位置に雌ネジが構成されているネジ固定部１１０を有する。

このような構成では、収納ボックス２０が密閉状態であっても外部からハンドル７０を回転させることにより、ロッド５０は、連動して回転しながら軸方向にスライドすることになる。そして、図４に示すように、全ての正極電力端子３２及び負極電力端子４２はロッド５０の導電部５２に圧接した状態で、擦れながら絶縁部５１に移動し、電気的に各モジュールを遮断することができる。

なお、本実施形態では、ロッドと収納ボックス間は片軸受けの場合を示したが、両軸端を収納ボックスのネジ部で支えて外部にハンドルをつけて同様の効果がある。

以上をまとめると、実施の形態１による高電圧蓄電装置は、ロッド５０に導電部５２及び絶縁部５１が蓄電池モジュール１０の正極電力端子３２及び負極電力端子４２間を遮断したり同通させたりする。そのため、多数の蓄電池モジュール１０が直列接続されている場合であっても、ロッド５０のスライドという簡単な動作によって、個々の蓄電池モジュール１０に対して一括して断続操作が可能となる。よって、本実施の形態に係る高電圧蓄電装置においては、高電圧蓄電装置のモジュール端子の電気的接続の遮断が容易に可能となる。

実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係る高電圧蓄電装置のロッド部分の斜視図である。以下、実施の形態１と異なる点を中心に図を用いて説明する。

本形態の高電圧蓄電装置のロッド５０は、軸部材５３とそこに外径がほぼ等しいリング状に積層した導電体５４、絶縁体５５からなるロッドの構成である。

軸部材５３の表面には、図５中の（ａ）に示したような凹凸は無い。しかし、収納ボックス近辺には雄ネジ部５６とその反対側には、端部の導電体５４または、絶縁体５５が抜けないようストッパー１２０が取り付けられている。導電体５４、および絶縁体５５は、リング状であり、軸部材５３の外周径とリングの内周系はほぼ同じに構成されている。本形態のロッドは、軸部材５３を軸としてリング状の導電体５４及び絶縁体５５が束ねられている。また、導電体５３及び絶縁体５５と軸部材５３との間には、微小な隙間が設けられているが、摩擦抵抗の小さい潤滑剤などを有するか、またはベアリングなどで摩擦を低減することにより、さらに小さい力でロッドをスライドさせることが可能となる。

この構成により、ロッド５０の収納ボックス２０の外部に取り付けられたハンドル７０を回転させると、それに連動した軸部材５３はネジ固定部１１０を介して回転しながら軸方向にスライドするが、導電体５４、絶縁体５５はロッド５０の軸部材５３から回転力が伝わらないため、回転することなく、正負極電力端子に圧接された状態で、軸方向にスライドすることができる。そのため、より小さい力でロッド５０を移動させることが可能となる。

また、この形態では、軸を直接ハンドルで回転させる構成であるが、歯車機構を有すると、ハンドルからの更に小さい回転力で軸部材をスライドさせることが可能となる。また、絶縁体５５の外径を導電体５２より小さくすることで、一旦絶縁体５５に移動した電力端子は５４側に移動できなくなり、絶縁が維持される。

以上をまとめると、実施の形態２に係る高電圧蓄電装置は、実施の形態１に係る高電圧蓄電装置の効果に加え、ロッドの導電体と絶縁体を等間隔で簡単に構成することができる。また、ロッドをスライドさせる際、軸部材は回転するが、リング状の導電体は回転しないため、小さい力で導通位置から絶縁位置にスライドさせることが可能となる。

なお、上述した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上述した実施形態の範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１０ 蓄電池モジュール、２０ 収納ボックス、３１ 正極電極端子、３２ 正極電力端子、３３ 正極電力端子の板状部分、４１ 負極電極端子、４２ 負極電力端子、４３ 負極電力端子の板状部分、５０ ロッド、５１ 絶縁部、５２ 導電部、５３ 軸部材、５４ 導電体、５５ 絶縁体、５６ 雄ネジ部、５７ 小径部、６０ ベース板、７０ ハンドル、１００電流ケーブル、１１０ ネジ固定部、１１１ 雌ネジ部、１２０ ストッパー 。

Claims (4)

1. 複数の蓄電池が接続されて電源出力とする高電圧蓄電装置において、
   前記高電圧蓄電装置は、各蓄電池を電気的に接続または絶縁するロッド及び前記ロッドをロッドの軸方向に移動する機構と、前記蓄電池同士を電気的に接続する複数の端子とを備え、
   前記ロッドは、各蓄電池を接続する数以上の絶縁部及び導電部をロッド表面に有し、かつ前記絶縁部及び導電部はロッドの軸方向に交互に配置されてなり、
   複数の前記端子は、前記ロッドの軸方向に沿って並びかつ前記ロッドに圧接して配置され、
   前記ロッドの軸方向の移動によって、前記端子と圧接する前記ロッド表面が導電部又は絶縁部に切り替わり、各蓄電池間の電気的接続が同時に切り替わることを特徴とする高電圧蓄電装置。
2. ロッドは円柱状であり、
   蓄電池同士を電気的に接続する端子は、前記ロッドに接する部分が円弧状であり、
   前記円弧状の部分によって前記ロッドが挟持されることを特徴とする請求項1に記載の高電圧蓄電装置。
3. ロッドは、複数のリング状の絶縁部及び導電部と、軸とから構成され、
   前記絶縁部及び導電部は交互に並び、
   かつ、前記軸は絶縁部及び導電部のリング穴に貫入し、前記絶縁部及び前記導電部は前記軸を回転中心として回動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高電圧蓄電装置。
4. 複数の蓄電池、ロッド及び前記ロッドの移動機構、及び前記蓄電池同士を電気的に接続する複数の端子を収納し、かつ前記ロッドが貫通する開口部を有する容器を備え、
   前記ロッドは、前記開口部から延出し、
   前記移動機構は、
   前記開口部に切られたネジと、当該ネジに噛み合う前記ロッドに切られネジと、
   前記延出したロッドの端部に装着された脱着可能なハンドルとから構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高電圧蓄電装置。

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