JP3671007B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に搭載される電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池を直線状に連結している電池モジュールをケースに収納している電源装置は、電動車両のように大出力が要求される電源装置として使用される。この種の電源装置は、図１に示すように、ケース７０に電池モジュール７１を収納している。ケース７０に収納する電池モジュール７１は、両端にネジとナットからなる出力端子７２を固定している。電池モジュール７１の出力端子７２は、バスバー７３で直列に接続される。ケース７０は、バスバー７３を内蔵するエンドプレート７４を側部に設けている。エンドプレート７４はプラスチックの成形品で、バスバー７３をインサートして絶縁している。この構造の電源装置は、エンドプレート７４のバスバー７３に止ネジ７５とナット７６をねじ込んで、バスバー７３を電池モジュール７１の出力端子７２に接続している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す構造の電源装置は、電池モジュールの長さに寸法誤差があると、それを吸収しながらケースに装着するのが難しい。とくに、隣接して配設している電池モジュールに長さの差があると、バスバーで連結する状態で短い電池モジュールには無理な引張力が作用し、長い電池モジュールには圧縮力が作用する欠点がある。電池モジュールは、複数の二次電池を直線状に連結しているので、二次電池に長さの寸法誤差があると全長にばらつきができる。たとえば、ハイブリッドカーに使用されるニッケル−水素電池は、長さの寸法誤差を最大で＋−０．３ｍｍとしている。この二次電池を６個、直線状に連結する電池モジュールは、寸法誤差の最大値が＋−１．８ｍｍにもなる。最も長いものと短いものとで約３ｍｍもの寸法誤差が発生する。このように、長さが違う電池モジュールを隣に平行に配設してバスバーでしっかりと連結すると、長いものと短いものとで相当に無理な力が作用する。
【０００４】
バスバーを遊びがある状態でエンドプレートに連結する構造は、電池モジュールの寸法誤差を吸収できる。ただ、この構造のエンドプレートは、構造が複雑で製造コストが高くなる欠点がある。さらに、この構造でバスバーをエンドプレートに連結しても、隣接する電池モジュールに長さの差があると、バスバーは無理なく連結できなくなる。ひとつのバスバーが、長さに差のある電池モジュールに連結されると、傾斜する姿勢で出力端子に連結されるからである。
【０００５】
さらに、図１に示すように、円筒型電池を直線状に連結している電池モジュール７１は、回転しないようにケース７０に装着する必要がある。電池モジュール７１の回転を阻止するために、図１の電池モジュール７１は、両端に固定している出力端子７２を四角形と六角形としている。これ等の多角形の出力端子７２をエンドプレート７４に嵌入して、電池モジュール７１の回転を防止している。したがって、この電源装置は、電池モジュールの回転を阻止する構造を必要とし、エンドプレートの構造と出力端子の構造とが複雑になる欠点がある。
【０００６】
さらに、図の電源装置は、ケース自体の構造も複雑になる欠点がある。それは、バスバーをインサート成形してなるエンドプレートを必要とし、しかもエンドプレートにはバスバーを完全に埋設できず表面に表出するので、この部分をさらに絶縁プレートでカバーして絶縁する必要があるからである。また、電池モジュールにもナットやネジを固定するので、電池モジュールに出力端子を固定する構造も複雑になる。ナットや止ネジを直接に電池モジュールの電池端面に溶接して固定できないからである。ナットや止ネジは、電池端面に溶接する金属プレートに予め溶接等の方法で固定し、さらに金属プレートを溶接して電池端面に固定する必要があり、構造と組み立てに手間がかかる欠点がある。
【０００７】
さらにまた、図１に示す構造の電源装置は、電池モジュールが故障したときに、特定の電池モジュールを交換するのに極めて手間がかかる欠点もある。それは、電池モジュールを交換するために、エンドプレート７４を外す必要があるからである。エンドプレート７４を外すには、全ての電池モジュール７１に連結しているナット７６と止ネジ７５を外す必要がある。ケースには、数十本の電池モジュールが収納されるので、全てのナットと止ネジを外してエンドプレートを外すのは極めて手間がかかる。
【０００８】
本発明は、これらの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、長さに差のある電池モジュールを簡単な構造で無理なく連結できると共に、電池モジュールの回転を阻止する構造を特別に設けることなく電池モジュールを回転しないようにケースに装着でき、さらにケースの構造を簡単にして、組み立てや電池モジュールの交換を極めて能率よく簡単にできる電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０をケース１０に収納しており、これらの電池モジュール２０をバスバー４０で接続している。電池モジュール２０は、両端に、電池端面に対して垂直に突出してなる金属板の出力端子３０を固定している。電源装置は、隣接する電池モジュール２０の出力端子３０を金属板のバスバー４０で連結して、ケース１０に収納している。
【００１０】
出力端子３０は、好ましくは、バスバー４０を連結する止ネジ４５を挿通するための貫通孔３２を有する。この貫通孔３２は、電池モジュール２０の縦方向に伸びる細長い長孔として、電池モジュール２０の長さのばらつきを吸収しながらバスバー４０に連結することができる。
【００１１】
ケース１０は、バスバー４０と出力端子３０の嵌入部５０を設けることができる。このケース１０は、バスバー４０と出力端子３０を嵌入部５０に案内して、電池モジュール２０を定位置に配設することができる。ケース１０の嵌入部５０は、電池モジュール２０の長さの寸法誤差を吸収できる遊びを設けることができる。
【００１２】
バスバー４０は、ナット４１を固定することができる。このバスバー４０は、出力端子３０の貫通孔３２に挿入される止ネジ４５をナット４１にねじ込んで、出力端子３０をバスバー４０により確実に連結できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００１４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１５】
図２〜図４の電源装置は、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０をケース１０に収納して、隣接する電池モジュール２０をバスバー４０で直列に接続している。ケース１０は、上ケース１１と下ケース１２を備える。図２は電源装置の横断面図を、図３は縦断面図を、図４は上ケース１１を除いた平面図をそれぞれ示している。これらの図の電源装置は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に使用される。ただ、本発明の電源装置は、電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用できる。図の電池モジュールは、図５に示すように、円筒型電池である二次電池２１を直線状に連結して直列に接続している。ただし、電池モジュールは、角型電池も使用できる。
【００１６】
二次電池２１は、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池を使用することができる。ただ、電動車両用の組電池に使用される二次電池には、ニッケル−水素電池が適している。体積と重量に対する出力が大きくて、優れた大電流特性を有するからである。
【００１７】
二次電池２１は、図６の断面図に示すように、外装缶２５の開口部を封口板２３で気密に密閉している。外装缶２５と封口板２３は金属板である。外装缶２５は、金属板を底のある筒状にプレス成形して製作される。封口板２３は、中央に凸部電極２２を溶接している。外装缶２５の内部には、電極（図示せず）が内蔵される。さらに、電解液も充填される。外装缶２５は、開口部の端部をかしめ加工して封口板２３を気密に固定している。封口板２３は、ガスケット１９を介して外装缶２５のかしめ部に挟着されて気密に固定される。ガスケット１９は絶縁材のゴム状弾性体で、封口板２３と外装缶２５とを絶縁すると共に、封口板２３と外装缶２５との隙間を気密に閉塞する。封口板２３の周縁にはカシメ凸条２４が設けられる。この二次電池２１は、封口板２３を第１の電極として、外装缶２５を第２の電極としている。ニッケル−水素電池は、第１の電極を正極として第２の電極を負極としている。二次電池は、第１の電極を負極として第２の電極を正極とすることもできる。
【００１８】
電池モジュール２０は、図６に示すように、二次電池２１の間に接続体２６を配設しており、接続体２６を介して直列に接続している。図の電池モジュール２０は、一方の二次電池２１の封口板２３と他方の二次電池２１の外装缶２５とを接続体２６で接続している。接続体２６は、金属板をプレス成形したもので、対向して配設される二次電池２１の電池端面に溶接して接続されて、二次電池２１を直列に電気接続する。図７と図８は接続体２６を示しており、図７は平面図、図８は断面図である。これ等の接続体２６は、金属板を穴のあるリング状に成形して、両面に突出して電池端面に溶接される複数の溶接凸部２７を設けている。両面に突出している溶接凸部２７は、対向する電池端面に溶接されて、隣接して配設している二次電池２１を直列に接続する。図の接続体２６は、中心孔２８を設けて、ここに凸部電極２２を配設している。
【００１９】
図７と図８に示す接続体２６は、図６に示すように、電池端面に設けられているカシメ凸条２４の内形よりも外形を小さくしている。二次電池２１は、封口板２３を第１の電極、外装缶２５を第２の電極としているので、封口板２３に接続される接続体２６が外装缶２５の一部であるカシメ凸条２４に接触するとショートする。この接続体２６は、外周縁とカシメ凸条２４との間に隙間を設けて、接続体２６がカシメ凸条２４に接触してショートするのを阻止している。接続体２６は、位置がずれるとカシメ凸条２４に接触するので、接続体２６を保持キャップ２９で定位置に保持している。この接続体２６は、同一の円周上に複数の溶接凸部２７を設けている。溶接凸部２７は、交互に反対面、図８において上下に突出している。反対面に突出する溶接凸部２７は、対向して配設される電池端面に溶接して接続される。
【００２０】
電池モジュール２０は、その両端に、電池端面に対して垂直に突出している金属板の出力端子３０を固定している。隣接する電池モジュール２０の出力端子３０は、金属板のバスバー４０に連結される。バスバー４０は、電池モジュール２０を直列に接続する。電池モジュール２０は、バスバー４０に連結される状態で、ケース１０に収納される。
【００２１】
図９〜図１４は、電池モジュール２０の両端に接続される出力端子３０を示す。図９〜図１１に示す出力端子３０と、図１２〜図１４に示す出力端子３０は形状が異なる。形状が異なる出力端子３０は、電池モジュール２０の正負の電池端面に固定される。この電池モジュール２０は、正負の両端に形状が異なる出力端子３０を固定しているので、正負を間違いなくケース１０に収納できる。
【００２２】
以上の図に示す出力端子３０は、電池端面に溶接される固定プレート３５を有する。固定プレート３５は、出力端子３０をバスバー４０に連結する本体部３１に対して垂直な姿勢である。固定プレート３５のある出力端子３０は、電池モジュール２０の電池端面に溶接してしっかりと固定できる。ただ、出力端子は、必ずしも固定プレートを設ける必要はない。金属板を所定の形状に切断してなる平面状の出力端子は、その側縁を電池端面に溶接して固定することもできるからである。図に示すように、固定プレート３５と本体部３１からなる出力端子３０は、直角に折曲された２枚の金属片を、本体部３１で２枚に重ねて溶接して連結している。各々の金属片は、金属板を直角に折曲して、固定プレート３５と本体部３１とを構成する。２枚の金属片は、２枚を本体部３１で重ねて溶接して固定することにより、円形の固定プレート３５を構成する形状としている。固定プレート３５と本体部３１の境界で直角に折曲している２枚の金属片を溶接して製作される出力端子３０は、安価に多量生産できる。また、本体部と固定プレートとを金属板で製作して、その境界で溶接する構造に比較して、本体部３１と固定プレート３５との境界の曲げ強度を強くできる。
【００２３】
電池モジュール２０の正負に固定される出力端子３０の固定プレート３５は形状が異なる。図９〜図１１の出力端子３０は、図１１の断面図で示すように、二次電池２１の凸部電極２２側に溶接して固定される。この出力端子３０は、固定プレート３５を、二次電池２１の第１の電極である封口板２３に溶接して固定される。封口板２３に接続される固定プレート３５は、外装缶２５の一部であるカシメ凸条２４に接触するとショートする。このため、この出力端子３０は、固定プレート３５の外形を二次電池２１のカシメ凸条２４の内形よりも小さくしている。固定プレート３５がカシメ凸条２４に接触しないようにするためである。さらに、この固定プレート３５は、電池端面の凸部電極２２を挿入する中心孔３６を開口している。この出力端子３０は、固定プレート３５の中心孔３６に凸部電極２２を案内し、固定プレート３５を電池端面の封口板２３に溶接して固定される。
【００２４】
図１２〜図１４の出力端子３０は、図１４の断面図に示すように、二次電池２１の平面電極側に溶接して固定される。この出力端子３０は、固定プレート３５の外形を二次電池２１の電池端面の外形よりもわずかに小さくしている。この出力端子３０は、固定プレート３５を二次電池２１の第２の電極である外装缶２３の底面に溶接して固定される。
【００２５】
出力端子３０は、バスバー４０を連結する止ネジ４５を挿通するための貫通孔３２を本体部３１に設けている。この貫通孔３２は、図９と図１３に示すように、電池モジュール２０の縦方向に伸びる細長い長孔として、電池モジュール２０の長さのばらつきを吸収しながらバスバー４０に連結するようにしている。さらに、図９の出力端子３０は、本体部３１の両側縁に凸部３３を設け、図１３の出力端子３０は、本体部３１の両側縁に凹部３４を設けている。本体部３１の凸部３３と凹部３４は、ケース１０に設けた嵌入部５０に嵌着される。
【００２６】
電池モジュール２０の両端に固定される出力端子３０は、図１５に示すように、２本の電池モジュール２０を直線状に連結できる位置に本体部３１を設けている。この電池モジュール２０は、複数本を直線状に直列に接続できる。
【００２７】
ケース１０は、複数の電池モジュール２０を、同一平面に平行に並べて収納している。このケース１０は、上ケース１１と下ケース１２からなり、上ケース１１と下ケース１２で電池モジュール２０を挟んで定位置に保持している。上ケース１１と下ケース１２は、図示しないが、ネジとナットで脱着できるようにしっかりと連結している。図２と図３に示す上ケース１１と下ケース１２は、電池モジュール２０の電池部を案内する案内溝１３を対向する内面に設けており、さらに電池モジュール２０の両端の出力端子３０とバスバー４０を挟着する嵌入部５０を両側の側壁に設けている。
【００２８】
下ケース１２の側壁に設けられる、出力端子３０とバスバー４０の嵌入部５０の詳細な斜視図を図１６に示している。嵌入部５０は、側壁の表面に設けた凹部で、これ等の図に示す嵌入部５０は、バスバー４０を嵌入するバスバー嵌入部５１と、出力端子３０の本体部３１を嵌入する端子嵌入部５２とを設けている。端子嵌入部５２は、バスバー嵌入部５１の上方に設けている。
【００２９】
バスバー嵌入部５１は、その内形をバスバー４０の外形にほぼ等しく、ないしはわずかに大きくして、バスバー４０を位置ずれしないように嵌入している。バスバー嵌入部５１は、図１７に示すように、途中で段差４２ができるように折曲しているバスバー４０を嵌入できるように、底面に段差５３を設けている。バスバー４０の途中に段差４２を設けているのは、図１５に示すように、電池モジュール２０を直線状に連結するために、電池モジュール２０の中心からわずかにずらせている正負の出力端子３０を隙間なく連結するためである。さらにバスバー嵌入部５１は、バスバー４０の下面に固定しているナット４１を入れる凹部５４を底部に設けている。
【００３０】
端子嵌入部５２は、長さに誤差のある電池モジュール２０の出力端子３０を嵌入できる構造としている。この端子嵌入部５２は、バスバー４０に連結される一対の出力端子３０を嵌入できる内形とし、かつ、最も長い電池モジュール２０に固定している出力端子３０の本体部３１を嵌入できる内形としている。さらに、端子嵌入部５２は、正負の出力端子３０の本体部３１に設けている凸部３３と凹部３４に嵌入される係止部５５を内周縁に設けている。本体部３１の凸部３３に嵌入される係止部５５は凹部形状とし、本体部３１の凹部３４に嵌入される係止部５５は凸部形状としている。この係止部５５は、電池モジュール２０の縦方向に遊びのある形状として、長さに寸法誤差のある電池モジュール２０の出力端子３０を嵌入できるようにしている。さらに、端子嵌入部５２は、一対の端子の間に凸条５６を設けている。この凸条５６は、出力端子３０の本体部３１に設けている凸部３３を係止できるようにしている。
【００３１】
上ケース１１と下ケース１２に設けている案内溝１３は、その内形を電池モジュール２０の電池部の外形よりもわずかに大きくしている。案内溝１３の内面と電池モジュール２０の表面との間に、冷却空気を通過させる冷却隙間１４を設けるためである。さらに、上ケース１１と下ケース１２は、案内溝１３の底部に換気穴１５を開口している。換気穴１５からケース１０に換気される冷却空気は、冷却隙間１４に送風される。冷却隙間１４を通過する空気は、電池モジュール２０の表面を流れて電池モジュール２０を冷却する。
【００３２】
バスバー４０は、下面にナット４１を固定している。このバスバー４０は、出力端子３０を簡単に固定できる。それは、図１６に示すように、出力端子３０の貫通孔３２に挿入する止ネジ４５をねじ込んで固定できるからである。
【００３３】
以上の構造の電源装置は、以下のようにして組み立てられる。
(1) 電池モジュール２０の両端に出力端子３０を溶接して固定する。電池モジュール２０は、正負の両端に異なる形状の出力端子３０を固定する。
(2) 下ケース１２のバスバー嵌入部５１にバスバー４０を入れる。バスバー４０は、下面に固定しているナット４１をバスバー嵌入部５１の凹部５４に入れる。この状態で、バスバー４０は、下ケース１２の定位置に嵌入される。
(3) 下ケース１２の案内溝１３に電池モジュール２０を入れて平行に並べる。このとき、電池モジュール２０は、出力端子３０をバスバー４０の上に載せる。
(4) 出力端子３０の貫通孔３２に止ネジ４５を挿通し、この止ネジ４５をバスバー４０の下面に固定しているナット４１にねじ込んで出力端子３０をバスバー４０に連結する。下ケース１２に収納している電池モジュール２０は、隣接する出力端子３０をバスバー４０で連結して、互いに直列に接続される。
(5) 下ケース１２に上ケース１１を重ねて、上ケース１１を下ケース１２に止ネジ（図示せず）で連結する。この状態で、電池モジュール２０は、上ケース１１と下ケース１２に挟まれて定位置に保持される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、長さに差のある電池モジュールを、簡単な構造で無理なく連結できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、電池モジュールの両端に、電池端面に対して垂直に突出してなる金属板の出力端子を固定しており、隣接する電池モジュールの出力端子を金属板のバスバーで連結して、ケースに収納しているからである。この構造の電源装置は、電池モジュールの両端に固定された出力端子を、電池モジュールの軸方向でなく、軸方向と垂直な方向に固定する。このため、長さが違う電池モジュールをケースに平行に配設してバスバーでしっかりと連結しても、電池モジュールの寸法誤差を吸収しながら、これらの間に無理な力が作用するのを確実に阻止できる。さらに、電池モジュールの両端から垂直に突出する金属板の出力端子は、電池モジュールを面で支持する状態でケースに装着できるので、電池モジュールの回転を阻止する構造を特別に設けることなく、極めて簡単な構造で電池モジュールを回転しないようにケースに装着できる。
【００３５】
さらに、本発明の電源装置は、従来のように、バスバーをインサート成形してなるエンドプレートを必要としないので、ケース自体の構造を簡単にして製造コストを低減できる特長がある。さらにまた、本発明の電源装置は、電池モジュールが故障したときに、特定の電池モジュールを極めて能率よく簡単に交換できる特長がある。それは、従来のように、電池モジュールを交換するために、全てのナットと止ネジを外してエンドプレートを外すことなく、交換したい電池モジュールの、ケースに固定している部分のみを取り外して交換できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置の分解斜視図
【図２】本発明の一実施例にかかる電源装置の横断面図
【図３】図２に示す電源装置の縦断面図
【図４】図２に示す電源装置の上ケースを除いた状態を示す平面図
【図５】電池モジュールの斜視図
【図６】図５に示す電池モジュールの電池の連結構造を示す拡大断面図
【図７】図６に示す電池モジュールの接続体を示す平面図
【図８】図７に示す接続体のＡ−Ａ線断面図
【図９】電池モジュールの一方の端面に接続される出力端子の斜視図
【図１０】図９に示す出力端子の平面図
【図１１】図１０に示す出力端子のＡ−Ａ線断面図
【図１２】電池モジュールの他方の端面に接続される出力端子の正面図
【図１３】図１２に示す出力端子のＡ−Ａ線断面図
【図１４】図１２に示す出力端子のＢ−Ｂ線断面図
【図１５】２本の電池モジュールを連結する状態を示す側面図
【図１６】図４に示す電源装置の分解斜視図
【図１７】バスバーの斜視図
【符号の説明】
１０…ケース
１１…上ケース
１２…下ケース
１３…案内溝
１４…冷却隙間
１５…換気穴
１９…ガスケット
２０…電池モジュール
２１…電池
２２…凸部電極
２３…封口板
２４…カシメ凸条
２５…外装缶
２６…接続体
２７…溶接凸部
２８…中心孔
２９…保持キャップ
３０…出力端子
３１…本体部
３２…貫通孔
３３…凸部
３４…凹部
３５…固定プレート
３６…中心孔
４０…バスバー
４１…ナット
４２…段差
４５…止ネジ
５０…嵌入部
５１…バスバー嵌入部
５２…端子嵌入部
５３…段差
５４…凹部
５５…係止部
５６…凸条
７０…ケース
７１…電池モジュール
７２…出力端子
７３…バスバー
７４…エンドプレート
７５…止ネジ
７６…ナット
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に搭載される電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池を直線状に連結している電池モジュールをケースに収納している電源装置は、電動車両のように大出力が要求される電源装置として使用される。この種の電源装置は、図１に示すように、ケース７０に電池モジュール７１を収納している。ケース７０に収納する電池モジュール７１は、両端にネジとナットからなる出力端子７２を固定している。電池モジュール７１の出力端子７２は、バスバー７３で直列に接続される。ケース７０は、バスバー７３を内蔵するエンドプレート７４を側部に設けている。エンドプレート７４はプラスチックの成形品で、バスバー７３をインサートして絶縁している。この構造の電源装置は、エンドプレート７４のバスバー７３に止ネジ７５とナット７６をねじ込んで、バスバー７３を電池モジュール７１の出力端子７２に接続している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す構造の電源装置は、電池モジュールの長さに寸法誤差があると、それを吸収しながらケースに装着するのが難しい。とくに、隣接して配設している電池モジュールに長さの差があると、バスバーで連結する状態で短い電池モジュールには無理な引張力が作用し、長い電池モジュールには圧縮力が作用する欠点がある。電池モジュールは、複数の二次電池を直線状に連結しているので、二次電池に長さの寸法誤差があると全長にばらつきができる。たとえば、ハイブリッドカーに使用されるニッケル−水素電池は、長さの寸法誤差を最大で＋−０．３ｍｍとしている。この二次電池を６個、直線状に連結する電池モジュールは、寸法誤差の最大値が＋−１．８ｍｍにもなる。最も長いものと短いものとで約３ｍｍもの寸法誤差が発生する。このように、長さが違う電池モジュールを隣に平行に配設してバスバーでしっかりと連結すると、長いものと短いものとで相当に無理な力が作用する。
【０００４】
バスバーを遊びがある状態でエンドプレートに連結する構造は、電池モジュールの寸法誤差を吸収できる。ただ、この構造のエンドプレートは、構造が複雑で製造コストが高くなる欠点がある。さらに、この構造でバスバーをエンドプレートに連結しても、隣接する電池モジュールに長さの差があると、バスバーは無理なく連結できなくなる。ひとつのバスバーが、長さに差のある電池モジュールに連結されると、傾斜する姿勢で出力端子に連結されるからである。
【０００５】
さらに、図１に示すように、円筒型電池を直線状に連結している電池モジュール７１は、回転しないようにケース７０に装着する必要がある。電池モジュール７１の回転を阻止するために、図１の電池モジュール７１は、両端に固定している出力端子７２を四角形と六角形としている。これ等の多角形の出力端子７２をエンドプレート７４に嵌入して、電池モジュール７１の回転を防止している。したがって、この電源装置は、電池モジュールの回転を阻止する構造を必要とし、エンドプレートの構造と出力端子の構造とが複雑になる欠点がある。
【０００６】
さらに、図の電源装置は、ケース自体の構造も複雑になる欠点がある。それは、バスバーをインサート成形してなるエンドプレートを必要とし、しかもエンドプレートにはバスバーを完全に埋設できず表面に表出するので、この部分をさらに絶縁プレートでカバーして絶縁する必要があるからである。また、電池モジュールにもナットやネジを固定するので、電池モジュールに出力端子を固定する構造も複雑になる。ナットや止ネジを直接に電池モジュールの電池端面に溶接して固定できないからである。ナットや止ネジは、電池端面に溶接する金属プレートに予め溶接等の方法で固定し、さらに金属プレートを溶接して電池端面に固定する必要があり、構造と組み立てに手間がかかる欠点がある。
【０００７】
さらにまた、図１に示す構造の電源装置は、電池モジュールが故障したときに、特定の電池モジュールを交換するのに極めて手間がかかる欠点もある。それは、電池モジュールを交換するために、エンドプレート７４を外す必要があるからである。エンドプレート７４を外すには、全ての電池モジュール７１に連結しているナット７６と止ネジ７５を外す必要がある。ケースには、数十本の電池モジュールが収納されるので、全てのナットと止ネジを外してエンドプレートを外すのは極めて手間がかかる。
【０００８】
本発明は、これらの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、長さに差のある電池モジュールを簡単な構造で無理なく連結できると共に、電池モジュールの回転を阻止する構造を特別に設けることなく電池モジュールを回転しないようにケースに装着でき、さらにケースの構造を簡単にして、組み立てや電池モジュールの交換を極めて能率よく簡単にできる電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０をケース１０に収納しており、これらの電池モジュール２０をバスバー４０で接続している。電池モジュール２０は、両端に、電池端面に対して垂直に突出してなる金属板の出力端子３０を固定している。電源装置は、隣接する電池モジュール２０の出力端子３０を金属板のバスバー４０で連結して、ケース１０に収納している。
【００１０】
出力端子３０は、好ましくは、バスバー４０を連結する止ネジ４５を挿通するための貫通孔３２を有する。この貫通孔３２は、電池モジュール２０の縦方向に伸びる細長い長孔として、電池モジュール２０の長さのばらつきを吸収しながらバスバー４０に連結することができる。
【００１１】
ケース１０は、バスバー４０と出力端子３０の嵌入部５０を設けることができる。このケース１０は、バスバー４０と出力端子３０を嵌入部５０に案内して、電池モジュール２０を定位置に配設することができる。ケース１０の嵌入部５０は、電池モジュール２０の長さの寸法誤差を吸収できる遊びを設けることができる。
【００１２】
バスバー４０は、ナット４１を固定することができる。このバスバー４０は、出力端子３０の貫通孔３２に挿入される止ネジ４５をナット４１にねじ込んで、出力端子３０をバスバー４０により確実に連結できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００１４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１５】
図２〜図４の電源装置は、複数の電池２１を直線状に連結している複数の電池モジュール２０をケース１０に収納して、隣接する電池モジュール２０をバスバー４０で直列に接続している。ケース１０は、上ケース１１と下ケース１２を備える。図２は電源装置の横断面図を、図３は縦断面図を、図４は上ケース１１を除いた平面図をそれぞれ示している。これらの図の電源装置は、主としてハイブリッドカー等の電動車両に使用される。ただ、本発明の電源装置は、電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用できる。図の電池モジュールは、図５に示すように、円筒型電池である二次電池２１を直線状に連結して直列に接続している。ただし、電池モジュールは、角型電池も使用できる。
【００１６】
二次電池２１は、ニッケル−水素電池、リチウムイオン二次電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる全ての電池を使用することができる。ただ、電動車両用の組電池に使用される二次電池には、ニッケル−水素電池が適している。体積と重量に対する出力が大きくて、優れた大電流特性を有するからである。
【００１７】
二次電池２１は、図６の断面図に示すように、外装缶２５の開口部を封口板２３で気密に密閉している。外装缶２５と封口板２３は金属板である。外装缶２５は、金属板を底のある筒状にプレス成形して製作される。封口板２３は、中央に凸部電極２２を溶接している。外装缶２５の内部には、電極（図示せず）が内蔵される。さらに、電解液も充填される。外装缶２５は、開口部の端部をかしめ加工して封口板２３を気密に固定している。封口板２３は、ガスケット１９を介して外装缶２５のかしめ部に挟着されて気密に固定される。ガスケット１９は絶縁材のゴム状弾性体で、封口板２３と外装缶２５とを絶縁すると共に、封口板２３と外装缶２５との隙間を気密に閉塞する。封口板２３の周縁にはカシメ凸条２４が設けられる。この二次電池２１は、封口板２３を第１の電極として、外装缶２５を第２の電極としている。ニッケル−水素電池は、第１の電極を正極として第２の電極を負極としている。二次電池は、第１の電極を負極として第２の電極を正極とすることもできる。
【００１８】
電池モジュール２０は、図６に示すように、二次電池２１の間に接続体２６を配設しており、接続体２６を介して直列に接続している。図の電池モジュール２０は、一方の二次電池２１の封口板２３と他方の二次電池２１の外装缶２５とを接続体２６で接続している。接続体２６は、金属板をプレス成形したもので、対向して配設される二次電池２１の電池端面に溶接して接続されて、二次電池２１を直列に電気接続する。図７と図８は接続体２６を示しており、図７は平面図、図８は断面図である。これ等の接続体２６は、金属板を穴のあるリング状に成形して、両面に突出して電池端面に溶接される複数の溶接凸部２７を設けている。両面に突出している溶接凸部２７は、対向する電池端面に溶接されて、隣接して配設している二次電池２１を直列に接続する。図の接続体２６は、中心孔２８を設けて、ここに凸部電極２２を配設している。
【００１９】
図７と図８に示す接続体２６は、図６に示すように、電池端面に設けられているカシメ凸条２４の内形よりも外形を小さくしている。二次電池２１は、封口板２３を第１の電極、外装缶２５を第２の電極としているので、封口板２３に接続される接続体２６が外装缶２５の一部であるカシメ凸条２４に接触するとショートする。この接続体２６は、外周縁とカシメ凸条２４との間に隙間を設けて、接続体２６がカシメ凸条２４に接触してショートするのを阻止している。接続体２６は、位置がずれるとカシメ凸条２４に接触するので、接続体２６を保持キャップ２９で定位置に保持している。この接続体２６は、同一の円周上に複数の溶接凸部２７を設けている。溶接凸部２７は、交互に反対面、図８において上下に突出している。反対面に突出する溶接凸部２７は、対向して配設される電池端面に溶接して接続される。
【００２０】
電池モジュール２０は、その両端に、電池端面に対して垂直に突出している金属板の出力端子３０を固定している。隣接する電池モジュール２０の出力端子３０は、金属板のバスバー４０に連結される。バスバー４０は、電池モジュール２０を直列に接続する。電池モジュール２０は、バスバー４０に連結される状態で、ケース１０に収納される。
【００２１】
図９〜図１４は、電池モジュール２０の両端に接続される出力端子３０を示す。図９〜図１１に示す出力端子３０と、図１２〜図１４に示す出力端子３０は形状が異なる。形状が異なる出力端子３０は、電池モジュール２０の正負の電池端面に固定される。この電池モジュール２０は、正負の両端に形状が異なる出力端子３０を固定しているので、正負を間違いなくケース１０に収納できる。
【００２２】
以上の図に示す出力端子３０は、電池端面に溶接される固定プレート３５を有する。固定プレート３５は、出力端子３０をバスバー４０に連結する本体部３１に対して垂直な姿勢である。固定プレート３５のある出力端子３０は、電池モジュール２０の電池端面に溶接してしっかりと固定できる。ただ、出力端子は、必ずしも固定プレートを設ける必要はない。金属板を所定の形状に切断してなる平面状の出力端子は、その側縁を電池端面に溶接して固定することもできるからである。図に示すように、固定プレート３５と本体部３１からなる出力端子３０は、直角に折曲された２枚の金属片を、本体部３１で２枚に重ねて溶接して連結している。各々の金属片は、金属板を直角に折曲して、固定プレート３５と本体部３１とを構成する。２枚の金属片は、２枚を本体部３１で重ねて溶接して固定することにより、円形の固定プレート３５を構成する形状としている。固定プレート３５と本体部３１の境界で直角に折曲している２枚の金属片を溶接して製作される出力端子３０は、安価に多量生産できる。また、本体部と固定プレートとを金属板で製作して、その境界で溶接する構造に比較して、本体部３１と固定プレート３５との境界の曲げ強度を強くできる。
【００２３】
電池モジュール２０の正負に固定される出力端子３０の固定プレート３５は形状が異なる。図９〜図１１の出力端子３０は、図１１の断面図で示すように、二次電池２１の凸部電極２２側に溶接して固定される。この出力端子３０は、固定プレート３５を、二次電池２１の第１の電極である封口板２３に溶接して固定される。封口板２３に接続される固定プレート３５は、外装缶２５の一部であるカシメ凸条２４に接触するとショートする。このため、この出力端子３０は、固定プレート３５の外形を二次電池２１のカシメ凸条２４の内形よりも小さくしている。固定プレート３５がカシメ凸条２４に接触しないようにするためである。さらに、この固定プレート３５は、電池端面の凸部電極２２を挿入する中心孔３６を開口している。この出力端子３０は、固定プレート３５の中心孔３６に凸部電極２２を案内し、固定プレート３５を電池端面の封口板２３に溶接して固定される。
【００２４】
図１２〜図１４の出力端子３０は、図１４の断面図に示すように、二次電池２１の平面電極側に溶接して固定される。この出力端子３０は、固定プレート３５の外形を二次電池２１の電池端面の外形よりもわずかに小さくしている。この出力端子３０は、固定プレート３５を二次電池２１の第２の電極である外装缶２３の底面に溶接して固定される。
【００２５】
出力端子３０は、バスバー４０を連結する止ネジ４５を挿通するための貫通孔３２を本体部３１に設けている。この貫通孔３２は、図９と図１３に示すように、電池モジュール２０の縦方向に伸びる細長い長孔として、電池モジュール２０の長さのばらつきを吸収しながらバスバー４０に連結するようにしている。さらに、図９の出力端子３０は、本体部３１の両側縁に凸部３３を設け、図１３の出力端子３０は、本体部３１の両側縁に凹部３４を設けている。本体部３１の凸部３３と凹部３４は、ケース１０に設けた嵌入部５０に嵌着される。
【００２６】
電池モジュール２０の両端に固定される出力端子３０は、図１５に示すように、２本の電池モジュール２０を直線状に連結できる位置に本体部３１を設けている。この電池モジュール２０は、複数本を直線状に直列に接続できる。
【００２７】
ケース１０は、複数の電池モジュール２０を、同一平面に平行に並べて収納している。このケース１０は、上ケース１１と下ケース１２からなり、上ケース１１と下ケース１２で電池モジュール２０を挟んで定位置に保持している。上ケース１１と下ケース１２は、図示しないが、ネジとナットで脱着できるようにしっかりと連結している。図２と図３に示す上ケース１１と下ケース１２は、電池モジュール２０の電池部を案内する案内溝１３を対向する内面に設けており、さらに電池モジュール２０の両端の出力端子３０とバスバー４０を挟着する嵌入部５０を両側の側壁に設けている。
【００２８】
下ケース１２の側壁に設けられる、出力端子３０とバスバー４０の嵌入部５０の詳細な斜視図を図１６に示している。嵌入部５０は、側壁の表面に設けた凹部で、これ等の図に示す嵌入部５０は、バスバー４０を嵌入するバスバー嵌入部５１と、出力端子３０の本体部３１を嵌入する端子嵌入部５２とを設けている。端子嵌入部５２は、バスバー嵌入部５１の上方に設けている。
【００２９】
バスバー嵌入部５１は、その内形をバスバー４０の外形にほぼ等しく、ないしはわずかに大きくして、バスバー４０を位置ずれしないように嵌入している。バスバー嵌入部５１は、図１７に示すように、途中で段差４２ができるように折曲しているバスバー４０を嵌入できるように、底面に段差５３を設けている。バスバー４０の途中に段差４２を設けているのは、図１５に示すように、電池モジュール２０を直線状に連結するために、電池モジュール２０の中心からわずかにずらせている正負の出力端子３０を隙間なく連結するためである。さらにバスバー嵌入部５１は、バスバー４０の下面に固定しているナット４１を入れる凹部５４を底部に設けている。
【００３０】
端子嵌入部５２は、長さに誤差のある電池モジュール２０の出力端子３０を嵌入できる構造としている。この端子嵌入部５２は、バスバー４０に連結される一対の出力端子３０を嵌入できる内形とし、かつ、最も長い電池モジュール２０に固定している出力端子３０の本体部３１を嵌入できる内形としている。さらに、端子嵌入部５２は、正負の出力端子３０の本体部３１に設けている凸部３３と凹部３４に嵌入される係止部５５を内周縁に設けている。本体部３１の凸部３３に嵌入される係止部５５は凹部形状とし、本体部３１の凹部３４に嵌入される係止部５５は凸部形状としている。この係止部５５は、電池モジュール２０の縦方向に遊びのある形状として、長さに寸法誤差のある電池モジュール２０の出力端子３０を嵌入できるようにしている。さらに、端子嵌入部５２は、一対の端子の間に凸条５６を設けている。この凸条５６は、出力端子３０の本体部３１に設けている凸部３３を係止できるようにしている。
【００３１】
上ケース１１と下ケース１２に設けている案内溝１３は、その内形を電池モジュール２０の電池部の外形よりもわずかに大きくしている。案内溝１３の内面と電池モジュール２０の表面との間に、冷却空気を通過させる冷却隙間１４を設けるためである。さらに、上ケース１１と下ケース１２は、案内溝１３の底部に換気穴１５を開口している。換気穴１５からケース１０に換気される冷却空気は、冷却隙間１４に送風される。冷却隙間１４を通過する空気は、電池モジュール２０の表面を流れて電池モジュール２０を冷却する。
【００３２】
バスバー４０は、下面にナット４１を固定している。このバスバー４０は、出力端子３０を簡単に固定できる。それは、図１６に示すように、出力端子３０の貫通孔３２に挿入する止ネジ４５をねじ込んで固定できるからである。
【００３３】
以上の構造の電源装置は、以下のようにして組み立てられる。
(1) 電池モジュール２０の両端に出力端子３０を溶接して固定する。電池モジュール２０は、正負の両端に異なる形状の出力端子３０を固定する。
(2) 下ケース１２のバスバー嵌入部５１にバスバー４０を入れる。バスバー４０は、下面に固定しているナット４１をバスバー嵌入部５１の凹部５４に入れる。この状態で、バスバー４０は、下ケース１２の定位置に嵌入される。
(3) 下ケース１２の案内溝１３に電池モジュール２０を入れて平行に並べる。このとき、電池モジュール２０は、出力端子３０をバスバー４０の上に載せる。
(4) 出力端子３０の貫通孔３２に止ネジ４５を挿通し、この止ネジ４５をバスバー４０の下面に固定しているナット４１にねじ込んで出力端子３０をバスバー４０に連結する。下ケース１２に収納している電池モジュール２０は、隣接する出力端子３０をバスバー４０で連結して、互いに直列に接続される。
(5) 下ケース１２に上ケース１１を重ねて、上ケース１１を下ケース１２に止ネジ（図示せず）で連結する。この状態で、電池モジュール２０は、上ケース１１と下ケース１２に挟まれて定位置に保持される。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、長さに差のある電池モジュールを、簡単な構造で無理なく連結できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、電池モジュールの両端に、電池端面に対して垂直に突出してなる金属板の出力端子を固定しており、隣接する電池モジュールの出力端子を金属板のバスバーで連結して、ケースに収納しているからである。この構造の電源装置は、電池モジュールの両端に固定された出力端子を、電池モジュールの軸方向でなく、軸方向と垂直な方向に固定する。このため、長さが違う電池モジュールをケースに平行に配設してバスバーでしっかりと連結しても、電池モジュールの寸法誤差を吸収しながら、これらの間に無理な力が作用するのを確実に阻止できる。さらに、電池モジュールの両端から垂直に突出する金属板の出力端子は、電池モジュールを面で支持する状態でケースに装着できるので、電池モジュールの回転を阻止する構造を特別に設けることなく、極めて簡単な構造で電池モジュールを回転しないようにケースに装着できる。
【００３５】
さらに、本発明の電源装置は、従来のように、バスバーをインサート成形してなるエンドプレートを必要としないので、ケース自体の構造を簡単にして製造コストを低減できる特長がある。さらにまた、本発明の電源装置は、電池モジュールが故障したときに、特定の電池モジュールを極めて能率よく簡単に交換できる特長がある。それは、従来のように、電池モジュールを交換するために、全てのナットと止ネジを外してエンドプレートを外すことなく、交換したい電池モジュールの、ケースに固定している部分のみを取り外して交換できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置の分解斜視図
【図２】本発明の一実施例にかかる電源装置の横断面図
【図３】図２に示す電源装置の縦断面図
【図４】図２に示す電源装置の上ケースを除いた状態を示す平面図
【図５】電池モジュールの斜視図
【図６】図５に示す電池モジュールの電池の連結構造を示す拡大断面図
【図７】図６に示す電池モジュールの接続体を示す平面図
【図８】図７に示す接続体のＡ−Ａ線断面図
【図９】電池モジュールの一方の端面に接続される出力端子の斜視図
【図１０】図９に示す出力端子の平面図
【図１１】図１０に示す出力端子のＡ−Ａ線断面図
【図１２】電池モジュールの他方の端面に接続される出力端子の正面図
【図１３】図１２に示す出力端子のＡ−Ａ線断面図
【図１４】図１２に示す出力端子のＢ−Ｂ線断面図
【図１５】２本の電池モジュールを連結する状態を示す側面図
【図１６】図４に示す電源装置の分解斜視図
【図１７】バスバーの斜視図
【符号の説明】
１０…ケース
１１…上ケース
１２…下ケース
１３…案内溝
１４…冷却隙間
１５…換気穴
１９…ガスケット
２０…電池モジュール
２１…電池
２２…凸部電極
２３…封口板
２４…カシメ凸条
２５…外装缶
２６…接続体
２７…溶接凸部
２８…中心孔
２９…保持キャップ
３０…出力端子
３１…本体部
３２…貫通孔
３３…凸部
３４…凹部
３５…固定プレート
３６…中心孔
４０…バスバー
４１…ナット
４２…段差
４５…止ネジ
５０…嵌入部
５１…バスバー嵌入部
５２…端子嵌入部
５３…段差
５４…凹部
５５…係止部
５６…凸条
７０…ケース
７１…電池モジュール
７２…出力端子
７３…バスバー
７４…エンドプレート
７５…止ネジ
７６…ナット
Claims (5)
- 複数の電池(21)を直線状に連結している複数の電池モジュール(20)をケース(10)に収納して、電池モジュール(20)をバスバー(40)で接続している電源装置において、
電池モジュール(20)の両端に、電池端面に対して垂直に突出してなる金属板の出力端子(30)を固定しており、隣接する電池モジュール(20)の出力端子(30)を金属板のバスバー(40)で連結して、ケース(10)に収納し、出力端子 (30) が、バスバー (40) を連結する止ネジ (45) を挿通するための貫通孔 (32) を有し、この貫通孔 (32) を電池モジュール (20) の縦方向に伸びる細長い長孔として、電池モジュール (20) の長さのばらつきを吸収しながらバスバー (40) に連結するようにしていることを特徴とする電源装置。 - 複数の電池 (21) を直線状に連結している複数の電池モジュール (20) をケース (10) に収納して、電池モジュール (20) をバスバー (40) で接続している電源装置において、
電池モジュール (20) の両端に、電池端面に対して垂直に突出してなる金属板の出力端子 (30) を固定しており、隣接する電池モジュール (20) の出力端子 (30) を金属板のバスバー (40) で連結して、ケース (10) に収納し、ケース (10) がバスバー (40) と出力端子 (30) の嵌入部 (50) を有し、バスバー (40) と出力端子 (30) をケース (10) の嵌入部 (50) に案内して、電池モジュール (20) を定位置に配設し、ケース (10) の嵌入部 (50) に、電池モジュール (20) の長さの寸法誤差を吸収できる遊びを設けていることを特徴とする電源装置。 - ケース(10)がバスバー(40)と出力端子(30)の嵌入部(50)を有し、バスバー(40)と出力端子(30)をケース(10)の嵌入部(50)に案内して、電池モジュール(20)を定位置に配設している請求項１に記載される電源装置。
- ケース(10)の嵌入部(50)に、電池モジュール(20)の長さの寸法誤差を吸収できる遊びを設けている請求項３に記載される電源装置。
- バスバー(40)にナット(41)を固定しており、出力端子(30)の貫通孔(32)に挿入される止ネジ(45)をバスバー(40)のナット(41)にねじ込んで、出力端子(30)をバスバー(40)に連結している請求項１または２に記載される電源装置。
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