JP2016012391A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蓄電モジュールが一体的に並列接続されている蓄電装置の取り扱い時の安全性を向上させる。【解決手段】蓄電装置１００は、第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が並設されて構成される。第１バスバー３１は、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と第２蓄電モジュール２０の正極端子２１を接続する。第２バスバー３２は、第１蓄電モジュール１０の負極端子１２と第２蓄電モジュール２０の負極端子２２を接続する。固定部材５０は、第１バスバー３１および第２バスバー３２に取付けられ、第１バスバー３１と第２バスバー３２との相対的な位置関係を固定する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるべき蓄電装置に関する。

現在、多くの車両には鉛蓄電池が搭載されている。この鉛蓄電池から、スタータモータや各種の電装品に電力が供給されている。鉛蓄電池は安価であるが、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池と比較し、サイクル寿命が短いという特性がある。アイドリングストップ機能を有した車両では充放電回数が多くなるため、鉛蓄電池の寿命は特に短くなる。

そこで鉛蓄電池と並列に、ニッケル水素蓄電池またはリチウムイオン蓄電池を接続する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１７６９５８号公報

上述のように二つの蓄電モジュールを並列接続して車両に搭載する場合、別々の場所に設置することも考えられるが、同一場所に一体的に設置したほうが両者間の配線抵抗を小さくできる。二つの蓄電モジュールを一体的に設置する場合、二つの蓄電モジュール間の正極端子同士、負極端子同士をそれぞれバスバーで接続することが考えられる。

このような二つの蓄電モジュールを一体的に配置した蓄電装置において、その蓄電モジュールの一方または両方を交換する際には、短絡および逆接続に十分に気を付ける必要がある。一般的な単一の蓄電モジュールの交換と比較して端子数が多くなり、短絡または誤接続のリスクが増大する。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、複数の蓄電モジュールが一体的に並列接続されている蓄電装置の取り扱い時の安全性を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄電装置は、第１蓄電モジュールと、第１蓄電モジュールに並設される第２蓄電モジュールと、第１蓄電モジュールの正極端子と第２蓄電モジュールの正極端子を接続する第１バスバーと、第１蓄電モジュールの負極端子と第２蓄電モジュールの負極端子を接続する第２バスバーと、第１バスバーおよび第２バスバーに取付けられ、第１バスバーと第２バスバーとの相対的な位置関係を固定するための固定部材と、を備える。

本発明によれば、複数の蓄電モジュールが一体的に並列接続されている蓄電装置の取り扱い時の安全性を向上させることができる。

比較例に係る蓄電装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電装置の上面図である。 図４（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る、逆接続防止機能が強化された蓄電装置の上面図である。 図５（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る、逆接続防止機能が強化された別の蓄電装置の上面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る蓄電装置について説明する。以下の説明では当該蓄電装置が、アイドリングストップ機能および減速エネルギー回生機能を有する車両に搭載されることを想定する。

アイドリングストップ機能は、車両停止時に自動的にエンジンを停止させ、発進時に自動的にエンジンを再始動させる機能である。減速エネルギー回生機能は、燃料によらず慣性によりエンジンが回転している減速時に集中的に発電する機能である。即ち通常走行中はオルタネータの作動をできるだけ抑制させてエンジンの負荷を下げる。いずれの機能も燃費を向上させる効果がある。

アイドリングストップ機能が搭載された車両ではエンジンの始動回数が多くなる。エンジンは通常、バッテリ電圧で駆動されるスタータモータにより始動される。従ってエンジンの始動回数が多くなるとバッテリの消費電力が大きくなり、放電回数が多くなる。また減速エネルギー回生機能が搭載された車両では、減速時に集中的に発動されるため、大容量で効率的な充電が可能なバッテリが求められる。

図１は、比較例に係る蓄電装置１００を示す斜視図である。当該蓄電装置１００は第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が並設されて構成される。本明細書では第１蓄電モジュール１０として鉛蓄電池、第２蓄電モジュール２０としてニッケル水素蓄電池を用いることを想定する。なおニッケル水素蓄電池の代わりに、リチウムイオン蓄電池または電気二重層キャパシタなどを用いることも考えられる。リチウムイオン蓄電池を使用するときは厳格な温度管理が必要となる。鉛蓄電池およびニッケル水素蓄電池の組み合わせは比較的高温耐性が高いため、簡易な安全対策でエンジンルームに設置することが可能である。

第１蓄電モジュール１０の上面には正極端子１１および負極端子１２が外部に突出している。第２蓄電モジュール２０の上面にも正極端子２１および負極端子２２が外部に突出している。通常、蓄電池（特に車載用蓄電池）は正極端子および負極端子が同一面に設けられる。具体的には規定の設置状態において上面に設けられる。この場合にて、図１に示すように第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が並設される場合、第１蓄電モジュール１０および第２蓄電モジュール２０のそれぞれの電極設置面は同一方向（上方向）を向くようになる。

第１バスバー３１および第２バスバー３２は導電部材で形成される。第１バスバー３１は第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と第２蓄電モジュール２０の正極端子２１を電気的に接続する。第２バスバー３２は第１蓄電モジュール１０の負極端子１２と第２蓄電モジュール２０の負極端子２２を電気的に接続する。これにより第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０は電気的に並列回路を形成する。

第１蓄電モジュール１０の正極端子１１および負極端子１２、並びに第２蓄電モジュール２０の正極端子２１および負極端子２２の端子形状には様々な種類がある。例えばボルトナットタイプ、ボルト埋め込みタイプ、ファストンタブタイプなどがある。図１ではボルトナットタイプの例を描いている。

第１バスバー３１は第１蓄電モジュール１０の正極端子１１および第２蓄電モジュール２０の正極端子２１をそれぞれ通すための二つの取付孔を備える。第１蓄電モジュール１０の正極端子１１および第２蓄電モジュール２０の正極端子２１は、それぞれ第１バスバー３１の二つの取付孔に通されて、それぞれ第１ナット３３および第２ナット３４で固定される。

第２バスバー３２は第１蓄電モジュール１０の負極端子１２および第２蓄電モジュール２０の負極端子２２をそれぞれ通すための二つの取付孔を備える。第１蓄電モジュール１０の負極端子１２および第２蓄電モジュール２０の負極端子２２は、それぞれ第２バスバー３２の二つの取付孔に通されて、それぞれ第３ナット３５および第４ナット３６で固定される。なお図１に示す電極端子とバスバーとの固定方法は一例であり、その固定方法は任意である。

第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０は、図示しないバインドバーで固定されたり、または図示しないケースに収容されて一体的な蓄電装置１００として構成される。当該蓄電装置１００が車両に搭載される際、車両内の電源供給線およびアース線の二本のワイヤハーネスに接続される。単一の鉛蓄電池の場合と同様に、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１および負極端子１２に当該二本のワイヤハーネスが接続されてもよいし、第１バスバー３１および第２バスバー３２に接続されてもよい。

蓄電池は充放電回数の増加にしたがい劣化していくため交換が必要となる。鉛蓄電池とニッケル水素蓄電池を比較すると、鉛蓄電池のほうが寿命が短いため第１蓄電モジュール１０のほうが交換頻度が高くなる。蓄電装置１００の第１蓄電モジュール１０を交換する場合、車両側のアース線のワイヤハーネスを外し、次に電源供給線のワイヤハーネスを外す。

その状態において第１バスバー３１および第２バスバー３２に、スパナなどの導電部材を接触させると蓄電装置１００が短絡する。単一の鉛蓄電池交換の場合と比較し、正極部材と負極部材が端子だけでなくバスバーも含むため、正極部材と負極部材の面積がそれぞれ大きくなっている。従って両者の短絡リスクが増大している。

次に第１バスバー３１および／または第２バスバー３２を外した状態を考える。外されたバスバーは導電部材であるため、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と負極端子１２間に接触させてしまうと第１蓄電モジュール１０が短絡する。第２蓄電モジュール２０の正極端子２１と負極端子２２間に接触した場合も第２蓄電モジュール２０が短絡する。単一の鉛蓄電池交換の場合は通常、バスバーを使用しないため、このような短絡リスクは発生しない。

第１蓄電モジュール１０の交換後、新しい第１蓄電モジュール１０に対して第２蓄電モジュール２０を逆向きに並設し、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と第２蓄電モジュール２０の負極端子２２、第１蓄電モジュール１０の負極端子１２と第２蓄電モジュール２０の正極端子２１をそれぞれ第１バスバー３１と第２バスバー３２で接続してしまう可能性がある。この場合、第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が直列接続された状態で短絡する。その際に流れる短絡電流は二つの蓄電モジュールが接続されている分、単一の鉛蓄電池の短絡の場合より大きくなる。

図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置１００を示す斜視図である。当該蓄電装置１００は図１の比較例に係る蓄電装置１００に固定部材５０が追加された構成である。固定部材５０は、第１バスバー３１および第２バスバー３２に取付けられ、第１バスバー３１と第２バスバー３２との相対的な位置関係を固定する。固定部材５０は少なくとも一部に絶縁部材を含み、第１バスバー３１と第２バスバー３２を絶縁する。

第１バスバー３１および第２バスバー３２が配置される電極設置面と固定部材５０との間に隙間が形成されるように、固定部材５０は第１バスバー３１および第２バスバー３２に取付けられる。この隙間は人間の手が入る程度の大きさに設計される。これにより固定部材５０は取っ手として機能する。

なお固定部材５０の形状、第１バスバー３１および第２バスバー３２への取付位置は図２に示す例に限るものではなく、任意の形状、取付位置を採用できる。また固定部材５０は第１バスバー３１と第２バスバー３２の相対的な位置関係を完全に固定させる例に限らず、第１バスバー３１または第２バスバー３２が単独で一定程度、変位可能に設計されてもよい。ただし第１バスバー３１と第２バスバー３２が接触してしまう変位は制限する。

このように第１バスバー３１および第２バスバー３２間に固定部材５０を設けることにより、第１蓄電モジュール１０および／または第２蓄電モジュール２０の交換時に第１バスバー３１および第２バスバー３２を同時にしか外せなくできる。即ち第１ナット３３および第２ナット３４を外しただけでは第１バスバー３１が外れず、第３ナット３５および第４ナット３６も外して第２バスバー３２と同時に第１バスバー３１を外すことになる。これにより、一方のバスバーを外した後、他方のバスバーを外す作業中に既に外したバスバーで電極端子間を誤って短絡させることを防止できる。

また作業者がバスバーを直接持つ必要がなくなり、絶縁された固定部材５０を持ってバスバーを電極端子から外すことができ作業者の感電リスクを抑制できる。また第１バスバー３１、第２バスバー３２および固定部材５０が比較的大きな一つの部材を形成しているため、第１バスバー３１と第２バスバー３２がそれぞれ単体で存在する場合より紛失リスクを低減できる。

以下、第１蓄電モジュール１０の電極端子と第２蓄電モジュール２０の電極端子との逆接続防止について考える。

図３は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置１００の上面図である。図３以降の図面では第１ナット３３、第２ナット３４、第３ナット３５および第４ナット３６を省略して描いている。

図３に示す蓄電装置１００では第１蓄電モジュール１０の電極端子設置面において、正極端子１１をその設置面の長手方向について一方の先端部、短手方向について中央部となる位置に設置し、負極端子１２を長手方向について他方の先端部、短手方向について中央部となる位置に設置している。第２蓄電モジュール２０も同様にその電極設置面において、正極端子２１を長手方向について一方の先端部、短手方向について中央部となる位置に設置し、負極端子２２を長手方向について他方の先端部、短手方向について中央部となる位置に設置している。

第１バスバー３１および第２バスバー３２のそれぞれの長さは、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と負極端子１２間の距離、第２蓄電モジュール２０の正極端子２１と負極端子２２間の距離、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と第２蓄電モジュール２０の負極端子２２間の距離、および第２蓄電モジュール２０の正極端子２１と第１蓄電モジュール１０の負極端子１２間の距離のいずれよりも短く設計されている。従って第１バスバー３１または第２バスバー３２が、それらの組み合わせの端子間を短絡させることを防止できる。

ただし、交換終了後に第１蓄電モジュール１０または第２蓄電モジュール２０のいずれかが逆向きに設置された状態で第１バスバー３１および第２バスバー３２がそれらの端子に接続されると、即ち正極端子と負極端子間がそれぞれ接続されると第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０は短絡してしまう。

図４（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る、逆接続防止機能が強化された蓄電装置１００の上面図である。図４（ａ）−（ｂ）に示す蓄電装置１００では第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と負極端子１２の設置位置は図３の蓄電装置１００と同じであるが、第２蓄電モジュール２０の正極端子２１を長手方向について一方の先端部、短手方向について一方の先端部となる位置に設置し、負極端子２２を長手方向について他方の先端部、短手方向について正極端子２１と同じ先端部となる位置に設置している。

第２蓄電モジュール２０の正極端子２１および負極端子２２の短手方向の設置位置は、第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が規定の向きで並設された場合において第１蓄電モジュール１０に近い側の先端部に設計される。

図４（ａ）は、第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０を規定の向きに並設した状態を示し、図４（ｂ）は、第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０を規定の向きと反対向きに並設した状態を示す。規定の向きとは、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と第２蓄電モジュール２０の正極端子２１が正対し、第１蓄電モジュール１０の負極端子１２と第２蓄電モジュール２０の負極端子２２が正対する向きをいう。即ち、同極の端子同士が向き合う向きをいう。

図４（ａ）−（ｂ）に示すように第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が電極端子設置面を同一方向に揃えつつ、規定の向きと反対向きに並設された状態において、第１バスバー３１および第２バスバー３２のそれぞれの長さが、第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と第２蓄電モジュール２０の負極端子２２間の距離、および第１蓄電モジュール１０の負極端子１２と第２蓄電モジュール２０の正極端子２１間の距離より短くなるよう設計されている。

これにより図４（ｂ）に示すように作業者が誤って、異極の端子同士が向き合う向きに第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０を並設した場合、それら向き合っている端子同士を第１バスバー３１および第２バスバー３２では物理的に接続できなくなる。よって第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０の逆接続を防止できる。

なお図４（ａ）−（ｂ）に示す第１蓄電モジュール１０の正極端子１１および負極端子１２の設置位置、第２蓄電モジュール２０の正極端子２１および負極端子２２の設置位置、並びに第１バスバー３１および第２バスバー３２の長さは一例である。第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が規定の向きと反対向きに並設された状態において、異極の端子同士がバスバーで物理的に接続できない条件が成立していれば、それらの端子の設置位置およびバスバーの長さは任意である。

図５（ａ）−（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る、逆接続防止機能が強化された別の蓄電装置１００の上面図である。図５（ａ）−（ｂ）に示す蓄電装置１００では第１蓄電モジュール１０の正極端子１１と負極端子１２の形状を異なるものにしている。同様に第２蓄電モジュール２０の正極端子２１と負極端子２２の形状も異なるものにしている。それに対応して第１バスバー３１の端子取付部（本実施の形態では取付孔）を正極端子１１および正極端子２１の端子形状に対応させ、第２バスバー３２の端子取付部（本実施の形態では取付孔）を負極端子１２および負極端子２２の端子形状に対応させている。

図５（ａ）−（ｂ）に示す例では正極端子の太さを負極端子より太くしている。それに対応して第１バスバー３１の電極端子を通すための取付孔の大きさを、第２バスバー３２の電極端子を通すための取付孔より大きくしている。例えば、正極端子をＭ８サイズ、負極端子をＭ５サイズに設計してもよい。

図５（ａ）は、第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０を規定の向きに並設した状態を示し、図５（ｂ）は、第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０を規定の向きと反対向きに並設した状態を示す。図５（ｂ）に示すように作業者が誤って、異極の端子同士が向き合う向きに第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０を並設した場合、電極端子の形状とバスバーの取付孔の形状が対応しなくなる。図５（ｂ）に示す例では第２蓄電モジュール２０の負極端子２２の太さが、第１バスバー３１の取付孔３７の大きさより小さくなり、両者をナットなどで固定することができなくなる。また第２蓄電モジュール２０の正極端子２１の太さが、第２バスバー３２の取付孔３８の大きさより大きく、その正極端子２１が取付孔３８に入らなくなる。従って作業者に第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０の向きが逆であることを気づかせることができる。

なお図５（ａ）−（ｂ）に示す第１蓄電モジュール１０の正極端子１１および負極端子１２の形状、第２蓄電モジュール２０の正極端子２１および負極端子２２の形状、並びに第１バスバー３１および第２バスバー３２の取付孔の形状は一例である。第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０が規定の向きと反対向きに並設された状態において、端子とバスバーの取付孔の形状が対応していない条件が成立していれば、それらの端子の形状およびバスバーの取付孔の形状は任意である。

例えば、正極端子を丸端子、負極端子を四角端子としてもよい。この場合、規定の向きに反対向きに並設された状態では、物理的にバスバーの取付孔に端子が入らない状態となる。また上述の太さを変える例のように、作業者に違和感を与えて逆接続に気づかせるだけでもよい。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば上述の実施の形態では第１蓄電モジュール１０と第２蓄電モジュール２０の二つの蓄電池モジュールを並列接続する場合の例を示したが、三つ以上の蓄電モジュールを並列接続する場合にも本発明は適用可能である。その場合、固定部材は三つ以上の正極端子を接続するバスバーと三つ以上の負極端子を接続するバスバーを固定する。

また正極端子と負極端子の形状を異なるものにすることに代えて、または加えて正極端子と負極端子の色を異なるものにしてもよい。

１００ 蓄電装置、 １０ 第１蓄電モジュール、 １１ 正極端子、 １２ 負極端子、 ２０ 第２蓄電モジュール、 ２１ 正極端子、 ２２ 負極端子、 ３１ 第１バスバー、 ３２ 第２バスバー、 ３３ 第１ナット、 ３４ 第２ナット、 ３５ 第３ナット、 ３６ 第４ナット、 ３７，３８ 取付孔、 ５０ 固定部材。

Claims (6)

1. 第１蓄電モジュールと、
   前記第１蓄電モジュールに並設される第２蓄電モジュールと、
   前記第１蓄電モジュールの正極端子と前記第２蓄電モジュールの正極端子を接続する第１バスバーと、
   前記第１蓄電モジュールの負極端子と前記第２蓄電モジュールの負極端子を接続する第２バスバーと、
   前記第１バスバーおよび前記第２バスバーに取付けられ、前記第１バスバーと前記第２バスバーとの相対的な位置関係を固定するための固定部材と、
   を備えることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記第１蓄電モジュールおよび前記第２蓄電モジュールのそれぞれにおいて、正極端子および負極端子は同一面に設けられ、
   前記第１バスバーおよび前記第２バスバーのそれぞれの長さは、前記第１蓄電モジュールの正極端子と負極端子間の距離および前記第２蓄電モジュールの正極端子と負極端子間の距離より短く設計されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記第１蓄電モジュールおよび前記第２蓄電モジュールのそれぞれにおいて、正極端子と負極端子は同一面に設けられ、それらの端子設置面が同一方向を向くように前記第１蓄電モジュールおよび前記第２蓄電モジュールが並設され、
   前記第１蓄電モジュールおよび前記第２蓄電モジュールが端子設置面を揃えつつ、規定の向きと反対向きに並設された状態において、前記第１バスバーおよび前記第２バスバーのそれぞれの長さが、前記第１蓄電モジュールの正極端子と前記第２蓄電モジュールの負極端子間の距離および前記第１蓄電モジュールの負極端子と前記第２蓄電モジュールの正極端子間の距離より短くなるよう設計されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 前記正極端子と前記負極端子の形状が異なり、
   前記第１バスバーの端子取付部は、前記正極端子の端子形状に対応する形状を有し、
   前記第２バスバーの端子取付部は、前記負極端子の端子形状に対応する形状を有する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄電装置。
5. 前記固定部材が取っ手として機能するよう、前記第１バスバーおよび前記第２バスバーが配置される面と、前記固定部材との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の蓄電装置。
6. 本蓄電装置は車載用であり、
   前記第１蓄電モジュールは鉛蓄電池モジュールであり、
   前記第２蓄電モジュールはニッケル水素蓄電池モジュールである、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の蓄電装置。

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