JP5059990B2 - 組電池および二次電池の固定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、組電池を構成する複数の電池同士を所定の間隔に保つ技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の二次電池を配列し、該二次電池の出力端子同士を所定の関係となるよう結線して構成した組電池が、各種機器の電源として広く使用されている。二次電池は、充放電時にジュール熱を発して電池温度が上昇し、また、電池温度が高くなると充放電効率が低下する性質があるので、一般には電池を冷却しながら使用される。特に、組電池では電池間で性能のばらつきが発生しないように、各二次電池を等しく冷却しながら使用することが望ましい。
【０００３】
組電池を構成する各二次電池を等しく冷却するための技術としては、次のような技術が広く使用されている。すなわち、電池の側面に複数のリブあるいは突起を設け、これらリブあるいは突起の位置を、複数の電池を側面で互いに接するように並べたときに、隣接する電池のリブあるいは突起が向かい合うような位置としておく。このような電池を並べて組電池を構成すれば、リブあるいは突起の間に、いずれの電池間でも同じ大きさの隙間を形成することができる。こうして形成した各隙間に冷却風を供給すれば、それぞれの隙間を通過する冷却風量は等しくなるので、各二次電池を等しく冷却することが可能となる。
【０００４】
かかる技術においては、組電池の使用中に二次電池の位置が動いて、各電池間に形成した隙間の大きさが変わってしまうことのないように、電池の間隔を保持するための部材（以下、間隔保持部材という）を各電池に組み付けて、各電池の間隔が変わらないようにしておけば便利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、間隔保持部材を二次電池に組み付けるためには、電池側にネジ穴やスタッドボルトを設けたり、更にはそのために電池容器の補強が必要になるなどして、電池の大型化、および電池構造の複雑化を招くという問題がある。かといって、嵌合などの簡易的な方法を用いて間隔保持部材を電池に組み付けたのでは、組電池の使用中に、熱膨張や振動などの影響で二次電池と間隔保持部材との嵌合が弛んでしまうおそれがある。
【０００６】
また、いわゆる電動車両の電源として組電池が使用される場合、車両の走行に伴って、該組電池には振動や環境温度の変化が加わるので、二次電池と間隔保持部材との嵌合が弛んでしまうおそれがある。更に、車両には乗員の居住空間や荷物の搭載空間をできるだけ大きく採るという強い要請があり、このため車両搭載用の組電池はできるだけコンパクトなものにすることが望ましい。また、車両の運動性能あるいは燃費の向上のためには、組電池を軽量化することが望ましい。
【０００７】
しかし、間隔保持部材を二次電池に組み付けるために、電池にネジ穴やスタッドボルトなどを設けたのでは、二次電池の大型化および電池構造の複雑化を招いてしまい、延いては、組電池の大型化および重量増加をきたすという問題がある。
【０００８】
この発明は、従来技術における上述のような問題を解決するためになされたものであり、組電池を構成する各二次電池の大型化あるいは電池構造の複雑化を招くことなく、間隔保持部材を二次電池に組み付けて、各電池の間隔が変わらないように保持する技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の組電池は次の構成を採用した。すなわち、
出力端子を有する複数の二次電池を所定の間隔で配列して成る組電池において、
前記配列された二次電池のうち、隣接した２以上の二次電池毎に、該２以上の二次電池の出力端子間に端子接続部材を組み付けて電気的に接続すると共に、
別々の端子接続部材が取り付けられた二次電池の隣接する２つの出力端子同士を、該２つの出力端子間の接続を１つの単位として形成された絶縁性の間隔保持部材により結合することで、前記二次電池を所定の間隔に保持することを特徴とする。
【００１０】
また、上記組電池に対応する本発明の二次電池の固定方法は、
出力端子を有する複数の二次電池を所定の間隔で固定する方法において、
前記配列された二次電池のうち、隣接した２以上の二次電池毎に、該２以上の二次電池の出力端子間に端子接続部材を組み付けて電気的に接続し、
別々の端子接続部材が取り付けられた二次電池の隣接する２つの出力端子同士を、該２つの出力端子間の接続を１つの単位として形成された絶縁性の間隔保持部材により結合することで、前記二次電池を所定の間隔に保持して固定することを特徴とする。
【００１１】
かかる組電池および電池の連結方法においては、組電池を構成する各二次電池の間隔を保持する間隔保持部材を、該二次電池に設けられた出力端子を利用して組み付ける。組電池は、二次電池の出力端子同士を、直列あるいは並列などの所定の関係に結線して形成されており、各二次電池には予め出力端子が設けられている。従って、これら出力端子を利用して間隔保持部材を組み付けることとすれば、二次電池側にあらたなネジ穴やスタッドボルトを設けるといった変更を何ら加える必要がないので、間隔保持部材を簡便に組み付けることができる。また、新たなネジ穴やスタッドボルトなどを二次電池に設ける必要がないので、二次電池が大型化したり、構造が複雑化することを避けることができるので好適である。
【００１２】
更には、二次電池の出力端子の位置を、出力端子同士の接続作業がもっとも容易となる位置に設けておけば、同時に、間隔保持部材の組付作業も容易なものとすることができる。すなわち、出力端子の接続作業の作業性と、間隔保持部材の組付作業の作業性とを両立させて改善することが容易となるので好適である。
【００１３】
かかる組電池においては、前記出力端子に取り付けられて該出力端子同士を接続する導電性のある端子接続部材を備え、該端子接続部材と前記間隔保持部材とを、前記出力端子に共締めするようにしてもよい。こうして端子接続部材と間隔保持部材とを出力端子に共締めすれば、端子接続部材と間隔保持部材とを一度に組み付けることができるので好適である。
【００１４】
かかる組電池に用いられる前記間隔保持部材は、該間隔保持部材とともに共締めされる互いに隣接した前記端子接続部材の間に立設されて、該端子接続部材間の導通を妨げる絶縁部材を備えた間隔保持部材としてもよい。こうすれば、組電池の使用中に異物が付着するといった理由で、隣接する端子接続部材間が導通することを回避することができるので好適である。
【００１５】
かかる組電池に用いられる前記間隔保持部材には、該間隔保持部材を前記出力端子に組み付けると前記端子接続部材も該出力端子に組み付けられるように、予め間隔保持部材に前記端子接続部材を組み付けておいてもよい。このような間隔保持部材を前記出力端子に組み付ければ、該端子接続部材の該出力端子への取り付けと、該間隔保持部材の取り付けとを同時に完了することができるので好適である。
【００１６】
かかる組電池においては、間隔保持部材に組み付けられた端子接続部材の脱落を防止するための脱落防止部を、該間隔保持部材に設けておいてもよい。こうすれば、間隔保持部材の組み付けの際に、あるいは取り外しの際に、端子接続部材が間隔保持部材から脱落することを回避できるので、作業性が改善されて好適である。
【００１７】
かかる組電池においては、前記端子接続部材を、前記間隔保持部材を介して前記二次電池に組み付けるようにしてもよい。こうすれば、例えば、端子接続部材が腐食するといった理由で交換が必要になった場合にも、間隔保持部材を外すことなく、端子接続部材のみを交換することができるので、作業性が改善されて好適である。
【００１８】
かかる組電池に用いられる前記間隔保持部材には、前記各二次電池に嵌合され、前記二次電池と干渉して該二次電池の間隔を所定値範囲内に保持するロック部を設けておいてもよい。こうしておけば、二次電池が移動しようとした場合に、該ロック部で間隔保持部材と二次電池とが干渉して、二次電池の間隔を所定値範囲内に保持することができる。更に、かかる構造においては、二次電池の移動はロック部が規制するため、二次電池の移動を規制するための過大な荷重が出力端子にかかることがない。そのため、出力端子が破損するおそれがないので好適である。
【００１９】
かかるロック部を有する前記間隔保持部材は、該間隔保持部材から突設するようにロック部を設けてもよい。間隔保持部材は概して単純な形状であるため、突設したロック部を比較的に形成することができるので好適である。
【００２０】
かかる組電池においては、端子接続部材を導電性のある強度部材で形成し、該端子接続部材と間隔保持部材とを用いて、次のようにして各二次電池の間隔を保持することとしてもよい。すなわち、該端子接続部材を出力端子間に組み付けることで該端子間を接続し、該端子接続部材で接続されていない端子間には絶縁性材料で形成された間隔保持部材を組み付ける。
【００２１】
端子接続部材は強度部材で形成されているので、該端子接続部材を出力端子に組み付けることで、該端子同士を接続すると同時に、該端子が設けられている前記二次電池の間隔を保持することができる。該端子接続部材によって互いの間隔が保持されない二次電池の各出力端子には、間隔保持部材を組み付ければ、すべての二次電池の間隔を所定範囲内に保持することができる。こうして端子接続部材に間隔保持部材としての機能を兼ねさせれば、部品重量が軽減し、あるいは組電池の構造を合理化することができるので好適である。
【００２２】
かかる組電池においては、端子接続部材と間隔保持部材とを一体に構成しておいてもよい。こうすれば、端子接続部材と間隔保持部材とを別々に組み付ける必要がなくなるので好適である。
【００２３】
かかる組電池においては、端子接続部材を導電性のある強度部材で形成しておき、二次電池に隣接して組み付けられる端子接続部材同士を、絶縁材料で形成した結合部材を用いて互いに結合しておいてもよい。
【００２４】
こうすれば、端子接続部材で出力端子同士が直接つながっている二次電池の間隔は、該端子接続部材によって保持することができる。また、出力端子同士が直接はつながっていない二次電池の間隔も、各出力端子に組み付けられた端子接続部材同士が結合部材を介して結合されているので、電池間隔を保持することができる。更に、端子接続部材を互いに結合して一体化しておけば、各端子接続部材を別々に組み付ける必要がなくなるので好適である。
【００２５】
【発明の他の態様】
電力を用いて走行するいわゆる電動車両においては、複数の二次電池で構成される組電池が搭載されている。これら組電池は、車両の走行にともなう振動や温度環境の変化を受けるので、該組電池を構成する電池の間隔が変わらないように各電池を保持しておく必要がある。更に、乗員の居住空間の確保や車両の性能改善のために、電動車両においては、組電池の小型化および軽量化が強く要請される。従って、本発明は、組電池を搭載した電動車両としての以下のような態様も含んでいる。すなわち、
出力端子を有する複数の二次電池を接続して成る組電池を搭載し、該組電池の電力を用いて走行する電動車両において、
前記組電池は、前記各二次電池の間隔を所定の間隔に保持する間隔保持部材を、前記出力端子を用いて該二次電池に組み付けるとともに、該各出力端子間を所定の関係に結線して成る組電池であることを特徴とする電動車両としての態様である。
【００２６】
かかる電動車両においては、出力端子に間隔保持部材を組み付けて電池間隔が保持されている組電池を搭載しているので、車両の走行に伴う振動などによって、組電池を構成する各電池の間隔が変わることがないので好適である。
【００２７】
更に、出力端子を利用して間隔保持部材を組み付ければ、二次電池にネジ穴やスタッドボルトを追加したり、そのために二次電池容器を補強するといった変更を加える必要がない。その結果、二次電池の大型化や構造の複雑化を招くことがなく、延いては、電動車両の居住空間の増大や、車両重量軽減等を図ることが可能となるので好適である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の作用・効果をより明確に説明するために、本発明の実施の形態を、次のような順序に従って説明する。
Ａ．参考例：
Ａ−１．装置構成：
Ａ−２．参考例の間隔保持部材の機能：
Ａ−３．変形例：
Ｂ．第１実施例：
Ｂ−１．第１実施例の間隔保持部材：
Ｂ−２．変形例：
Ｃ．電動車両への適用例：
【００２９】
Ａ．参考例：
Ａ−１．装置構成：
図１は、参考例の組電池１０の使用状態を示す分解組立図である。図示するように、本実施例の組電池１０は、ロアケース２０とアッパケース３０とからなるケース内に収納して使用される。組電池１０をケース内に収納したものを電池モジュールアセンブリ９０と呼ぶ。
【００３０】
組電池１０は、薄い箱形形状の電池モジュール５０を３８枚並べ、それら電池モジュール５０を拘束プレート１２で両側から軽く拘束し、電池モジュール５０の各出力端子に一組のバスバーアセンブリ１００，１５０を締結して構成されている。詳細は後述するが、バスバーアセンブリ１００，１５０は、電池モジュール５０の各出力端子間を電気的に接続するとともに、電池モジュール５０の間隔が所定間隔となるよう保持する機能を有している。電池モジュール５０についても後述する。拘束プレート１２は鋼板を打ち抜いて形成されており、この拘束プレート１２と鋼鉄製の拘束ボルト１４とナット１６とを用いて、３８個の電池モジュール５０が拘束されている。
【００３１】
ロアケース２０は鋼板をプレス加工して形成され、冷却風を取り入れるための吸気口２４と、冷却風通路２２とが設けられている。アッパケース３０には、冷却風を排出するための排気口３６と、組電池１０の電圧を取り出すための正極側出力端子３８および負極側出力端子３９とが設けられている。拘束プレート１２を用いて一体化した組電池１０を、ロアケース２０の冷却風通路２の上に置き、組電池１０と正極側および負極側の各出力端子３８，３９とを接続した後、上からアッパケース３０をかぶせてボルト３２でロアケース２０とアッパケース３０とを固定すると、電池モジュールアセンブリ９０が完成する。後述するように、アッパケース３０の内側にはシール部材が設けられていて、アッパケース３０をロアケース２０に固定すると、各電池モジュール５０の上面にシール部材が押しつけられて組電池１０が固定される。また、ロアケース２０とアッパケース３０との間には、冷却風の漏れを防ぐためのシール３４が設けられている。
【００３２】
図２は、電池モジュールアセンブリ９０の電気的な接続を示した説明図である。電池モジュール５０は極性の向きが互い違いとなるように並べられている。このため、各電池モジュールの出力端子は、図示するように、正極端子と負極端子とが隣り合う位置関係となっている。そこで、端の電池モジュール５０から、正極端子を隣接する電池モジュールの負極端子に接続し、その電池モジュールの正極端子をその次の電池モジュールの負極端子に接続していけば、図示されているように、すべての電池モジュール５０が直列に接続された組電池を構成することができる。各電池モジュールの正極端子と負極端子との接続は、後述するようにバスバーアセンブリ１００，１５０を組み付けることによって同時に行うことができる。こうして得られた組電池の正極側の一端がアッパケース３０の正極側出力端子３８に、また組電池の負極側の一端が負極側出力端子３９にそれぞれ電線で接続されている。
【００３３】
図３は、電池モジュール５０の外観形状を示した説明図である。電池モジュール５０は、薄い箱型形状をした密閉容器（以下では、モジュール容器５２と呼ぶ）に正極端子５４および負極端子５５の２つの端子が突設された形状となっている。正極端子５４および負極端子５５には、ネジが切られている。モジュール容器５２の外側の側面には、図示するように、両端に小さな突出部５７が設けられている。電池モジュール５０両端の２つの突出部５７に挟まれた部分には、小さな突起５８が多数設けられている。突出部５７および突起５８の役割については後述する。
【００３４】
電池モジュール５０の内部は、セルと呼ばれる６つの小部屋に分割されていて、各セルには単電池が１つずつ格納されている。本実施例の電池モジュール５０では単電池として、いわゆるニッケル−水素二次電池が使用されている。すなわち、ニッケル合金製の正極板と水素吸蔵合金製の負極板とを、樹脂製の不織布（セパレータと呼ばれる）を挟んで複数組積層し、強アルカリ性の電解液とともにセルに格納されている。各単電池は電池モジュール内部で直列に接続され、直列に接続された単電池のソース側（高電圧側）が正極端子５４に、シンク側（低電圧側）が負極端子５５に接続されている。各単電池は約１．２Ｖの起電力を発生させており、電池モジュール内では６つの単電池が直列に接続されているので、１つの電池モジュールで７．２Ｖの電圧を得ることができる。
【００３５】
図４および図５は、参考例の組電池で使用される一組のバスバーアセンブリ１００，１５０の構造を示す説明図である。バスバーアセンブリ１００とバスバーアセンブリ１５０とは若干形状が異なっている。説明の都合上、先ず図４を参照しながら、バスバーアセンブリ１００について説明する。
【００３６】
バスバーアセンブリ１００は、ナイロンなどの硬質樹脂で形成されたバスバーベース１０２に、バスバー１０４を組み付けて構成されている。バスバー１０４は、鉄板あるいは銅板などの金属板を打ち抜いて形成されている。図示するように、バスバーベース１０２には、３８個の取付穴１０６が、電池モジュール５５０の厚さＴと等しい間隔で設けられている。このため、図１に示したように、拘束プレート１２を用いて３８個の電池モジュール５０を拘束して一体にしておけば、バスバーアセンブリ１００を電池モジュール５０の出力端子に容易に組み付けることができる。
【００３７】
図示するように、取付穴１０６の間には、２つおきにリブ１０８が設けられていて、リブ１０８とリブ１０８との間にバスバー１０４を組み付ける。リブ１０８には、小さなツメ１１２が突設されている。バスバー１０４をツメ１１２とツメ１１２の間に押し込むようにすると、ツメ１１２が変形してバスバー１０４を填め込むことができる。こうして一旦、バスバーベース１０２に組み付けておけば、バスバー１０４はツメ１１２に妨げられてバスバーベース１０２から脱落することがない。また、隣接するバスバー１０４の間はリブ１０８で遮られているので、組電池の使用中に異物などによってバスバー１０４間が短絡するといった問題の発生を回避することができる。
【００３８】
バスバー１０４が填め込まれる側と反対側の側面には、電池モジュール５０の動きを拘束するためのモジュールロック１１０が設けられている。モジュールロック１１０の働きについては後述する。
【００３９】
図５は、バスバーアセンブリ１５０の構造を示す説明図である。バスバーアセンブリ１５０は、前述したバスバーアセンブリ１００に対して、リブ１５８の位置が異なっているだけであり、他は同一である。すなわち、バスバーアセンブリ１５０は、ナイロンなどの硬質樹脂で形成されたバスバーベース１５２にバスバー１０４を組み付けて構成されていて、バスバーベース１５２には３８個の取付穴１５６が間隔Ｔで設けられている。ただし、バスバーアセンブリ１５０のリブ１５８は、図５に示すように、一番端の取付穴１５６と二番目の取付穴１５６との間に設けられた後、以降は取付穴２つ毎に１つの割合で設けられている。また、バスバーアセンブリ１００と同様に、バスバー１０４が填め込まれる側と反対側の側面にはモジュールロック１６０が設けられている。
【００４０】
図１に示した電池モジュールアセンブリ９０を、電池モジュール５０の合わせ面の位置で切断したときの断面図を図６に示す。前述したように、ロアケース２０に設けられた冷却風通路２２の上に組電池１０を置き、その上からアッパケース３０を被せてアッパケース３０とロアケース２０とをボルトで固定する。図６に示すように、アッパケース内面には組電池と接する位置にシール部材３５が設けられていて、アッパケース３０とロアケース２０とをボルトで固定すると、シール部材３５が上からロアケース２０に押しつけるようにして組電池１０を固定する。
【００４１】
図７は、バスバーアセンブリ１００が電池モジュール５０の出力端子に組み付けられている様子を示す説明図である。図７では、３８個の電池モジュール５０の中から一部の電池モジュールのみを取り出して、上方から見た様子を示している。尚、図の煩雑化を避けるために、図７では拘束ロッド１４あるいはロアケース２０等の表示は省略している。
【００４２】
前述したように、バスバーベース１０２，１５２の取付穴１０６，１５６は、電池モジュール５０の厚さＴと同じピッチで設けられているので、電池モジュール５０をきちんと並べておけば、各モジュールに設けられた出力端子にバスバーアセンブリ１００，１５０を組み付けることができる。こうして、バスバーベース１０２，１５２とバスバー１０４とを、出力端子に切られたネジにナット１０１で元締めする。
【００４３】
図４および図５を用いて説明したように、バスバーアセンブリ１００，１５０は、バスバー１０４の組付け位置が取付穴１つ分だけずれている。このため、バスバーアセンブリ１００，１５０を組み付けることで、３８個の電池モジュール５０を直列に接続することができる。このことを説明するために、図７に示したそれぞれの電池モジュール５０を次のように符合して識別する。図中の一番上の電池モジュール５０を電池モジュールＡと符合し、以下、上から順番に各電池モジュール５０を電池モジュールＢ、電池モジュールＣと符合する。また、各電池モジュールの出力端子も識別するために、電池モジュールＡの正極端子５４をａ（＋）と符合し、負極端子をａ（−）と符合する。同様に、電池モジュールＢの正極端子５４，負極端子５５をそれぞれｂ（＋），ｂ（−）と符合し、電池モジュールＣの正極端子５４，負極端子５５をそれぞれｃ（＋），ｃ（−）と符合する。図示されているように、電池モジュールＡの正極端子ａ（＋）は、バスバーアセンブリ１５０のバスバー１０４を介して電池モジュールＢの負極端子ｂ（−）に接続されている。電池モジュールＢの正極端子ｂ（＋）にはバスバーアセンブリ１００が組み付けられている。バスバーアセンブリ１００とバスバーアセンブリ１５０とはバスバー１０４の組み付け位置が電池モジュール５０ひとつ分だけずれているので、電池モジュールＢの正極端子ｂ（＋）は電池モジュールＣの負極端子ｃ（−）に接続される。このように、バスバー１０４の組付け位置がずれている２つのバスバーアセンブリ１００，１５０を組み付けることによって、すべての電池モジュール５０を直列に接続することができる。
【００４４】
本実施例では拘束プレート１２を使用して、電池モジュール５０同士が側面で接するように拘束することによって、組電池の構造を簡素化するとともに形状の小型化を図っている。その一方で、電池モジュール５０は放電時あるいは充電時に内部抵抗によってジュール熱を発生するので、電池温度が所定温度を超えないよう電池モジュールの冷却も考慮しておく必要がある。電池モジュール５０の側面に設けられた突出部５７および突起５８は、組電池を構成する電池モジュール５０を冷却すると共に、モジュール間で温度のばらつきが生じないように各電池モジュールを等しく冷却するために設けられている。以下、突出部５７および突起５８の機能について簡単に説明する。
【００４５】
複数の電池モジュール５０を拘束プレート１２で拘束すると、モジュール側面には突出部５７が設けられているので、細長い矩形断面の冷却通路６０が、隣接する電池モジュールの間に形成される（図７参照）。電池モジュール５０は同一形状に形成されているので、いずれのモジュール間に形成される冷却通路６０も同一形状となっている。従って、図１および図６に示すように、ロアケース２０とアッパケース３０との中に組電池１０を収納して、空気をロアケース２０に設けられた吸気口２４から冷却風通路２２に供給すれば、冷却風は電池モジュール間に設けられた冷却通路６０の抜けた後、アッパケース３０の排気口３６から外部に排出される。それぞれの冷却通路６０は同一形状を有しているので、各電池モジュール５０間を流れる冷却風の風量は等しくなって、それぞれの電池モジュールを等しく冷却することができる。
【００４６】
電池モジュール側面の突起５８は、電池モジュールを並べたときに隣接するモジュールの突起５８同士が向かい合うような位置に設けられている。また、突起５８の高さは、突出部５７と同じ高さに形成されている。従って、電池モジュール５０を並べると、隣接するモジュールの突出部５７が組合わさって、該モジュール間に形成された冷却通路６０の通路間隔を維持する支柱として機能する。このため、電池モジュール５０の充放電条件によって、組電池１０を構成する電池モジュールの中のある電池モジュールの内圧が上昇し、モジュール容器が膨張したとしても、膨張した電池モジュールと隣接する電池モジュールとの間の冷却通路６０の間隔が狭くなることがない。すなわち、電池モジュール５０間の冷却通路６０を流れる冷却風量は常に等しく保たれる結果、すべての電池モジュール５０を等しく冷却することが可能となる。
【００４７】
Ａ−２．参考例の間隔保持部材の機能：
図１および図７を用いて説明したように、バスバーアセンブリ１００およびバスバーアセンブリ１５０は、ナット１０１によって、電池モジュール５０の各出力端子に組み付けられている。こうすれば、２つのバスバーアセンブリ１００，１５０によってそれぞれの電池モジュール５０が固定されるので、各電池モジュール５０の間隔を所定範囲内に保つことができる。バスバーアセンブリ１００，１５０は電池モジュール５０の出力端子を利用して組み付けられているので、バスバーアセンブリを組み付けるためのスタッドボルトやネジ穴を新たに設ける必要がなく、従って、電池モジュールが大型化したり、モジュール構造が複雑化することがない。
【００４８】
このように、バスバーアセンブリ１００，１５０を用いて、それぞれの電池モジュール５０を固定するという本実施例の方法は、図１に示したように、拘束プレート１２を用いて電池モジュール５０を両側から拘束する場合においても、依然として有効である。これを図８を用いて説明する。
【００４９】
図８は、バスバーアセンブリを組み付けずに構成した組電池を概念的に示した説明図である。尚、図示の煩雑化を避けるため、電池モジュール５０の側面に設けられた突出部５７および突起５８の表示は省略している。複数の電池モジュール５０は両側を拘束プレート１２で拘束されているにもかかわらず、各電池モジュールの間には、電池モジュールのモジュール容器５２と拘束ロッド１４との熱膨張係数が異なるために僅かな隙間が発生し得る。すなわち、樹脂材料で形成されたモジュール容器５２は金属材料で形成された拘束ロッド１４よりも温度変化による熱膨張量が大きいので、その分だけ、通常の使用温度条件では各電池モジュール間に隙間が生じ得る。例えば、通常の温度条件で電池モジュール間に隙間が生じないように組み付けておいたとする。この場合、組電池全体の温度が上昇すると各電池モジュール５０が熱膨張してモジュール間には大きな熱応力が発生し、この熱応力によってモジュール容器が塑性変形してしまうので、組電池が再び通常の温度条件に戻ったときには、電池モジュール間に僅かな隙間が発生してしまうのである。
【００５０】
図８に示すように、組電池は多数の電池モジュール５０で構成されているから、連続した複数の電池モジュール５０が隙間を詰める方向に移動すると、移動が累積されていき、結局は、移動した電池モジュール５０と移動しなかった電池モジュール５０との間に大きな隙間ができてしまう。その結果、この部分を通過する冷却風量が増加するので、各電池モジュール５０を等しく冷却することができなくなってしまう。
【００５１】
更には、次のような問題も生じうる。例えば、二次電池は、一般に、充放電条件によっては電池内部でガスが発生して内圧が異常に上昇することがある。図８では、内圧が異常上昇した電池モジュール５０にハッチングを付して表示している。３８個の電池モジュール５０の中の、ある電池モジュール５０の内圧が上昇すると、モジュール容器５２が膨張して両側の電池モジュール５０を押しのけようとする。各電池モジュール５０の間には僅かずつ隙間が存在するから、この隙間を詰めながら各電池モジュールが少しずつ逃げていく。その結果、ハッチングを付した電池モジュール５０は膨張を抑制されることなく大きく膨らむことができる。その結果、最終的には、モジュール容器に亀裂が入るといった何らかの問題が生じ得る。
【００５２】
このような場合でも、本実施例のように、２つのバスバーアセンブリ１００，１５０によって各電池モジュール５０を固定しておけば、かかる問題の発生を回避できる。
【００５３】
また、図４，図５に示したように、参考例のバスバーアセンブリ１００，１５０には、モジュールロック１１０が設けられており、以下に説明するように、モジュールロック１１０を用いて各電池モジュール５０を固定する構造となっている。このため、各電池モジュール５０をしっかりと固定することが可能であり、また、出力端子に大きな荷重がかかって端子が破損するおそれもない。
【００５４】
図９は、参考例の組電池１０において、電池モジュール５０にバスバーアセンブリ１００が組み付けられている様子を、拡大して概念的に示した説明図である。電池モジュール５０の反対側にはバスバーアセンブリ１５０が組み付けられているが、バスバーアセンブリ１５０についてはバスバーアセンブリ１００と同様に考えることができるので図示は省略して、バスバーアセンブリ１００のみについて説明する。
【００５５】
バスバーアセンブリ１００を、各電池モジュール５０の出力端子にナット１０１で固定すると、バスバーアセンブリ１００に設けたモジュールロック１１０が、図示するように、各電池モジュール５０の肩部の間に形成された凹部にはまり込むようになっている。モジュールロック１１０と電池モジュール５０との間には、製造交差および組付交差を考慮して、若干のクリアランスが設けられている。
【００５６】
このように、電池モジュール５０の両側にバスバーアセンブリ１００，１５０を組み付けておけば、モジュールの間隔が広がる方向に電池モジュール５０が移動しようとしても、電池モジュール５０の肩部がモジュールロック１１０に干渉するために、各電池モジュール５０はモジュールロック１１０で規定された範囲内でしか移動することができない。このように、各電池モジュール５０の移動範囲をモジュールロック１１０を用いて個別に規定しているので、その結果、各電池モジュール５０がしっかりと固定されることになる。また、このように各電池モジュール５０の移動を個別に規定しているため、各電池モジュール５０の間隔が少しずつ狭まるように移動して、移動した電池モジュール５０と移動しなかった電池モジュール５０との間の間隔が大きく広がってしまうことがない。その結果、各電池モジュール５０を等しく冷却することが可能となる。また、ある電池モジュール５０の内圧が異常に上昇してモジュール容器５２が膨張しようとしても、隣接する電池モジュール５０はモジュールロック１１０に干渉してクリアランス分しか逃げることができない。図９の例では、ハッチングを付した電池モジュール５０が内圧が異常に上昇している電池モジュールである。この電池モジュールが膨張して両側の電池モジュール５０を外側に押したとしても、図示するように、両側の電池モジュール５０はモジュールロック１１０に干渉するので、それ以上に移動することができない。その結果、内圧が異常上昇している電池モジュール５０は、隣接する電池モジュール５０から反力を受けて膨張が抑制されるので、モジュール容器５２に亀裂が入るなどの問題が生じるおそれがない。
【００５７】
図８に示した組電池は、電池モジュール５０の各出力端子を電線を用いて結線していたが、電線のかわりに、参考例で使用されているバスバー１０４を用いて組電池を構成した場合を図１０に示す。電池内圧が異常に上昇した電池モジュール５０が発生した場合、バスバー１０４で接続された出力端子の間隔は固定されているが、接続されていない端子間では移動し得る。そのため、図１０に示すように、電池内圧が上昇した電池モジュール（図中ではハッチングを付して示す）の間隔が大きく広がることとなって、該電池モジュールのモジュール容器に亀裂が入ったり、あるいは該電池モジュールの出力端子に接続されているバスバー１０４に曲げ荷重がかかって、バスバー１０４の破損あるいは出力端子の破損といった問題が生じる場合がある。これに対して、参考例の組電池では、バスバーアセンブリ１００，１５０を組み付けることで、電池モジュール５０の間隔を所定範囲内に保持することができるので、このような問題が生じるおそれもない。
【００５８】
また、上述のバスバーアセンブリ１００，１５０に設けられた取付穴１０６，１５６の内径は、電池モジュール５０の出力端子の外径に対して、かなり大きくなっている。このため、例えば隣接する電池モジュール５０から荷重を受けて、電池モジュール５０が移動しようとする場合にも、出力端子が取付穴１０６に干渉する前に、電池モジュール５０の肩部がモジュールロック１１０と干渉するので、出力端子に過大な荷重がかかって端子が破損するおそれがない。
【００５９】
上述した参考例では、モジュールロック１１０，１６０はバスバーアセンブリ１００，１５０に突設されて、電池モジュール５０の肩部に設けた凹部にはまり込むものとして説明した。もっとも、モジュールロック１１０の形状はこれに限らず、例えば図１１に示すように、電池モジュール５０の端面に凸部を設けてモジュールロック２１０とし、該モジュールロック２１０が、バスバーベース２０２側に設けた凹部２０３にはまり込むようにしても構わない。
【００６０】
また、上述した参考例では、バスバーアセンブリ１００，１５０は、すべての電池モジュール５０の出力端子に組み付けられるものとして説明した。もっとも、モジュールロックで各電池モジュールの移動をしっかりと制限することができさえすれば、必ずしもすべての電池モジュールの出力端子に組み付ける必要はなく、例えば、図１２に示すように、所定数毎の電池モジュールの出力端子に取付穴３０６を組み付けるようなバスバーベース３０２を用いて、電池モジュール５０の間隔を保持するようにしてもよい。
【００６１】
Ｂ．第１実施例：
以上に説明した参考例では、電池モジュール５０の間隔はバスバーベース１０２，１５２によって保持されており、電池モジュール５０の出力端子を接続するバスバー１０４は電池モジュール５０の間隔保持に活用してはいない。もっとも、バスバーは出力端子間に組み付けられて、属材料で形成されているので、バスバーを電池モジュール５０の間隔保持のために積極的に活用するようにしてもよい。以下では、バスバーを電池モジュール５０の間隔保持のために活用している第１実施例について説明する。
【００６２】
Ｂ−１．第１実施例の間隔保持部材：
図１３は、第１実施例のバスバーベース４０２を電池モジュール５０に組み付けている様子を示す説明図である。図示するように、電池モジュール５０の出力端子間を接続するバスバー４０４に対して、ちょうど互い違いになるように、予めバスバーベース４０２を組み付けておき、その上からバスバー１０４を組み付けて、バスバーベース４０２とバスバー４０４とをナットで出力端子に共締めしてもよい。バスバーベース４０２は、ナイロンなどの絶縁性の硬質樹脂を用いて十分な強度に形成しておく。バスバー４０４は、参考例のバスバー１０４と同様に、鉄，銅，アルミなどの導電性のある金属板を打ち抜き加工して形成するが、十分な強度を有するように厚めの金属板を使用する。
【００６３】
このようなバスバーベース４０２とバスバー４０４とを、図１３に示すように互い違いに電池モジュール５０に組み付ければ、出力端子同士をバスバーベース４０２で接続されている電池モジュール５０の間隔は該バスバーベースによって保持され、出力端子同士をバスバー４０４で接続されている電池モジュール５０の間隔は該バスバーによって保持されるので、すべての電池モジュール５０の間隔を所定範囲内に保持することが可能となる。
【００６４】
その結果、各電池モジュール５０の間を通過する冷却風量が変わって、各電池モジュール５０の冷却が不均一になってしまうおそれがなくなる。また、電池モジュール５０が異常に膨張して、モジュール容器に亀裂が入るといった何らかの問題が生じるおそれも回避できる。
【００６５】
尚、図１３では、初めにバスバーベース４０２を組み付けて、その上にバスバー４０４を組み付けているが、もちろん、初めにバスバー４０４を組み付け、その上にバスバーベース４０４を組み付けるようにしても構わない。また、図１４に示すように、接着などの方法を用いて、バスバーベース４０２とバスバー４０４とを、予め一体化しておいてもよい。こうすれば、電池モジュール５０の出力端子にバスバーベース４０２を組み付けるだけで、バスバーベース４０２とバスバー４０４とを同時に組み付けることができるので好適である。更には、図１５に示すように、バスバーベース４０２にリブ４０８を設けておき、バスバーベース４０２とバスバー４０４とを組み付けたときに、隣接するバスバー４０４がリブ４０８で遮られるようにしてもよい。こうすれば、組電池の使用中に異物などによってバスバー間が短絡するといった問題を回避することができる。
【００６６】
以上の説明では、電池モジュール５０は１つずつ極性の向きが逆になるように配列していたが、これに限らず、所定数の電池モジュール５０を組として、各組毎に極性の向きを逆にして配列してもよい。このような一例を図１６に概念的に示す。図１６では、２つの電池モジュール５０を一組として組毎に向きを反転させながら配列し、同じ組の出力端子同士を接続するとともに、隣接する組の出力端子同士を一つおきに接続した場合を示している。このように接続すれば、２つの電池モジュールを並列に接続して一組を構成し、このような組を直列に接続した組電池を構成することができる。このような組電池においても、バスバー５０４で接続されていない電池モジュール間をバスバーベース４０２で接続すれば、図１６に示すように、すべての電池モジュール５０の間隔を保持することができる。
【００６７】
Ｂ−２．変形例：
以上に説明した第１実施例のバスバーは、それぞれ別体に構成されていたが、各バスバーを絶縁部材を介して結合しておくことも有効である。以下では、このような第１実施例の変形例について説明する。
【００６８】
図１７は、隣接したバスバー６０４を結合して構成したバスバーアセンブリ６００を、電池モジュール５０の出力端子に組み付けている様子を示す説明図である。バスバーアセンブリ６００は、厚めの金属板を打ち抜いて形成したバスバー６０４を、絶縁部材６０２を介して互いに嵌合させることによって形成されている。絶縁部材６０２には、硬質のゴムシートなどを用いることができる。このようにして形成したバスバーアセンブリ６００を、電池モジュール５０の出力端子に組み付ける。説明の便宜から、図示されている各電池モジュールを、左側の電池モジュールから順番に、電池モジュールＤ，電池モジュールＥ，電池モジュールＦ，電池モジュールＧと呼んで区別することにする。電池モジュールＤと電池モジュールＥ、あるいは電池モジュールＦと電池モジュールＧは、互いの出力端子を接続するバスバー６０４によってモジュール間隔が保持される。また、電池モジュールＥに組み付けられたバスバー６０４と、電池モジュールＦのバスバー６０４とは、絶縁部材６０２を介して結合されているので、この電池モジュールの間隔も保持される。
【００６９】
その結果、各電池モジュール５０の間を通過する冷却風量が変わって、各電池モジュール５０の冷却が不均一になってしまうおそれがなくなる。また、電池モジュール５０が異常に膨張して、モジュール容器に亀裂が入るといった何らかの問題が生じるおそれも回避することができる。
【００７０】
Ｃ．電動車両への適用例：
前述したように、電動車両に搭載される組電池には、走行に伴う振動や環境温度の変化による熱応力が作用するので、本実施例の組電池を好適に搭載することができる。以下では、本実施例の組電池を電動車両に搭載した適用例について説明する。
【００７１】
図１８は、本実施例の組電池を搭載するハイブリッド車両の構成を示す説明図である。ハイブリッド車両とは、エンジンと電動機とを動力源とする車両のことである。図示するように、かかるハイブリッド車両は、エンジン８１０と、モータ８２０と、トルクコンバータ８３０と、駆動回路８４０と、バッテリユニット８５０と、制御ユニット８８０と、変速機８９０などから構成されている。以下、ハイブリッド車両を構成する各要素について簡単に説明する。
【００７２】
エンジン８１０は、通常のガソリンエンジンである。エンジン８１０の出力軸８１２は、モータ８２０のロータ８２２に結合されている。モータ８２０は、外周面に複数の永久磁石が設けられたロータ８２２と、内周面に三相コイルを備えたステータ８２４とから構成された同期モータである。モータ８２０の駆動状態は、駆動回路８４０を介して制御ユニット８８０によって制御される。駆動回路８４０は、半導体素子を用いて構成されたインバータである。制御ユニット８８０は、周知のワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット８８０の制御の下、モータ８２０は、電動機としても発電機としても機能しうる。モータ８２０が電動機として機能する場合は、駆動回路８４０を介してバッテリユニット８５０から電力の供給を受け、発電機として機能する場合は、バッテリユニット８５０に電力を蓄えることができる。バッテリユニット８５０については後述する。
【００７３】
トルクコンバータ８３０は、液体を利用した周知の動力伝達機構であり、モータ８２０からの動力は入力軸８１３を介してトルクコンバータ８３０に入力され、出力軸８１４から変速機８９０に出力される。変速機８９０は、周知の自動変速機であり、入力軸と出力軸８１５との間の変速比を切り換える。これらエンジン８１０、トルクコンバータ８３０、変速機８９０などは、制御ユニット８８０によって制御される。変速機の出力軸８１５は、ディファレンシャルギヤ８１６を介して車軸８１７に結合されている。
【００７４】
以上のような構成のハイブリッド車両は、エンジン８１０あるいはモータ８２０から出力される駆動力を、トルクコンバータ８３０を介して変速機８９０に伝達し、変速機８９０で増速あるいは減速して車軸８１７に伝達して車両を駆動する。車両の運転条件に応じて、エンジン８１０およびモータ８２０の２つの動力源を使い分けることによって、車両全体としてのエネルギ効率を向上させることができる。
【００７５】
図１９は、バッテリユニット８５０の構造を概念的に示した説明図である。図示するようにバッテリユニット８５０は、図１に示した電池モジュールアセンブリ９０を４つ並列に接続したような構造となっている。もちろん、必要な電流量あるいは電圧に応じて、より多数の電池モジュールアセンブリ９０を並列あるいは直列に接続しても構わない。
【００７６】
４つの電池モジュールアセンブリ９０の正極側の各出力端子３８は、バッテリユニット８５０の正極側出力端子８３８に接続され、同様に、電池モジュールアセンブリ９０の負極側の各出力端子３９は、バッテリユニット８５０の負極側出力端子８３９に接続されている。このように複数個の電池モジュールを組み合わせて、直列あるいは並列に適切に接続することによって、所望の電圧値で所望の電流量を供給し得るバッテリユニット８５０を構成することができる。
【００７７】
ハイブリット車両を駆動するためには大きな電流が必要であり、バッテリユニット８５０に組み込まれた各電池モジュールアセンブリ９０の発熱量も大きい。これにともなって、それぞれの電池モジュール５０の冷却も効率化することが望ましい。ところが、車両に搭載された電池モジュールアセンブリ９０には、車両の走行に伴う振動が加わり、更には環境温度が大きく変動するので熱膨張の影響も強く受ける。このような影響で、電池モジュール５０の間隔が変わってしまうと、各電池モジュール５０を効率的に冷却することが困難となる。これに対して、本実施例の電池モジュールアセンブリ９０を搭載すれば、電池モジュール５０の間隔がバスバーアセンブリによって保持されているので、電池モジュール５０を効率的に冷却することが可能である。その一方で、電池間隔を保持するために電池モジュールアセンブリの大型化や、重量増加、構造複雑化を招くことがないので好適である。
【００７８】
更には、かかる電池モジュールアセンブリでは、出力端子間を接続するためのバスバーと、電池モジュール５０の間隔を保持するためのバスバーベースとを、出力端子に共締めすることとすれば、電池モジュールアセンブリ９０を組み立てる作業を軽減することができる。特に、ハイブリッド車両に搭載されるバッテリユニット８５０には、図１９に示すように、多数の電池モジュールアセンブリ９０が使用されるため、バスバーとバスバーベースとを共締めすることで軽減される作業量も大きくなるので好ましい。もちろん、バスバーとバスバーベースとが一体に構成されている電池モジュールアセンブリや、バスバーが予めバスバーベースに組み付けられている電池モジュールアセンブリを用いる場合にも、同様の理由から、バッテリユニット８５０の組立作業を大きく軽減することができるので好適である。
【００７９】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
【００８０】
例えば、上述した各実施例においては、バスバーアセンブリやバスバーはナットで固定するものとして説明したが、これに限らず周知の他の方法を適用しても構わない。
【００８１】
また、上述した各実施例においては、バスバーとバスバーベースとを出力端子に共締めしているが、これに限らず、例えばバスバーを出力端子に組み付けた後、同じ端子に改めてバスバーベースを組み付けるようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本参考例の組電池を用いて構成した電池モジュールアセンブリの構造を示す分解組立図である。
【図２】本参考例の電池モジュールアセンブリの電気的な結線関係を示す説明図である。
【図３】本参考例の組電池を構成する電池モジュールの外観形状を示す説明図である。
【図４】本参考例の電池モジュールの間隔を保持するためのバスバーアセンブリの外観形状を示す説明図である。
【図５】本参考例の電池モジュールの間隔を保持するための他のバスバーアセンブリの外観形状を示す説明図である。
【図６】本参考例の電池モジュールアセンブリの断面図である。
【図７】電池モジュールの結合状態を示す説明図である。
【図８】バスバーアセンブリを組み付けずに構成した組電池を示す説明図である。
【図９】バスバーアセンブリが電池モジュールの間隔を保持する機構を示す説明図である。
【図１０】バスバーのみを用いて構成した組電池を示す説明図である。
【図１１】他のロック部の態様を示す説明図である。
【図１２】参考例のバスバーベースの変形例を示す説明図である。
【図１３】第１実施例のバスバーベースを電池モジュールに組み付ける様子を示す説明図である。
【図１４】第１実施例のバスバーベースの第１の変形例を示す説明図である。
【図１５】第１実施例のバスバーベースの第２の変形例を示す説明図である。
【図１６】第１実施例のバスバーベースの第３の変形例を示す説明図である。
【図１７】第１実施例のバスバーベースの第４の変形例を示す説明図である。
【図１８】本実施例の組電池を搭載したハイブリッド車両の機能ブロック図である。
【図１９】本実施例の組電池を用いて構成したバッテリユニットの構造を概念的に示す説明図である。

Claims (3)

1. 薄い箱形形状を有し長手方向端部に出力端子を備える複数の二次電池を、当該二次電池の厚み方向に所定の間隔で配列して成る組電池において、
   前記配列された二次電池のうち、隣接した２以上の二次電池毎に、該２以上の二次電池の出力端子間に端子接続部材を組み付けて電気的に接続すると共に、
   別々の端子接続部材が取り付けられた二次電池の隣接する２つの出力端子同士を、該２つの出力端子間だけを接続する絶縁性の間隔保持部材により結合することで、前記二次電池を所定の間隔に保持することを特徴とする組電池。
2. 請求項１記載の組電池であって、
   前記端子接続部材は、強度部材で形成され、隣接した２つの二次電池毎に、該二次電池の隣接する２つの出力端子間だけを接続するように形成されている
   組電池。
3. 薄い箱形形状を有し長手方向端部に出力端子を有する複数の二次電池を、当該二次電池の厚み方向に所定の間隔で配列して固定する方法において、
   前記配列された二次電池のうち、隣接した２以上の二次電池毎に、該２以上の二次電池の出力端子間に端子接続部材を組み付けて電気的に接続し、
   別々の端子接続部材が取り付けられた二次電池の隣接する２つの出力端子同士を、該２つの出力端子間だけを接続する絶縁性の間隔保持部材により結合することで、前記二次電池を所定の間隔に保持して固定する
   固定方法。

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