JP5080098B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、複数の電池が直列に接続されて得られ、且つ、内燃機関と電動機との双方の動力で走行可能なハイブリット車や電気自動車等に搭載される電源装置に関する。

内燃機関と電動機との双方の駆動力で走行するハイブリット自動車や、電動機の駆動力で走行する電気自動車等には、電源装置が搭載されており、電気エネルギーの蓄積及び放出を荷っている。電源装置は、複数の電池から構成される電池集合体を備え、所望の電圧を得るために各電池は直列に接続されている。各電池には、ニッケル水素電池等が用いられている。

従来、上述した電源装置として、様々な電源装置（例えば特許文献１参照)が提案されている。この種の電源装置は、複数の電池から構成される電池集合体と、各電池を互いの間に挟む一対のエンドプレートと、各電池を束ねて固定する複数の拘束バンドと、を備えている。

電池集合体を構成する各電池は、一方向に沿って並べられ且つ電池本体の長手方向の一端側の側面に正の電極が突設され且つ他端側の側面に負の電極が突設されている。そして、互いに隣り合う各電池の正の電極と負の電極とが接続部等によって接続されて該各電池を直列に接続する。一対のエンドプレートは、それぞれ、方体状に形成されており、各電池の並ぶ一方向の両端に配され且つ互いの間に各電池を挟む。また、一対のエンドプレートには、それぞれ、各電池の並ぶ一方向に直交する方向の両端面にボルトによって後述する複数の拘束バンドが取り付けられる。

拘束バンドは、断面が長方形の帯板状に形成されており、長手方向が各電池の並ぶ一方向に沿って配されるとともに、互いに等間隔に間隔をあけて複数設けられている。また、拘束バンドには、長手方向の一端部に該拘束バンドをＬ字状に折り曲げて形成されたＬ字取付部と、他端部に形成された取付板部とが設けられている。そして、複数の拘束バンドは、それぞれ、電池集合体を構成する各電池の並ぶ一方向に直交する方向の両端面と重ねられて、一端部のＬ字取付部が一方のエンドプレートにボルトで固定され且つ他端部の取付板部が他方のエンドプレートにボルトで固定されて、一対のエンドプレートの上下面に取り付けられて各電池を一方向に束ねて固定する。
特開２００１−６８０８１号公報

前述した構成の電源装置は、各電池を直列に接続した電池集合体の各電池の一方向の一端に位置する電池の正の電極と該一方向の他端に位置する他の電池の負の電極との双方に電線が接続されて電圧を外部に出力する。この電線には太物の電線が使用される。

このため、電線が曲げられた際に電池の電極と電線との接続箇所に負荷がかかり、接続箇所の破損や接続位置ずれ等、接続位置精度を低下させてしまう虞があった。また、電線を配索するスペースを確保する必要があり、電源装置の小型軽量化、簡略化等の妨げになるという問題があった。

したがって、本発明の目的は、簡単な構造で接続信頼性の向上を図るとともに、コストの高騰を抑制し且つ小型化が可能な電源装置を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、一端に正の電極と他端に負の電極とを有する電池を複数備えた電池集合体と、導電性を有する材料からなり且つ前記電池集合体の各電池を束ねて固定する複数の拘束バンドと、前記各電池を直列に接続する接続部とを備えた電源装置において、全ての前記各電池を直列に接続した際の電圧を取り出す電極のうちの少なくとも一方の電極と一つの拘束バンドとを接続する接続部材を備え、前記拘束バンドが、長手方向の一端部に前記電圧を外部に出力するための出力用端子を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、複数の前記電池を互いに直列に接続した際の電圧を取り出すための電極と他の拘束バンドとを接続する第２接続部材を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載された発明によれば、電池集合体の各電池を直列に接続した際の電圧を取り出す電極のうち少なくとも一方の電極と、一つの拘束バンドとを接続する接続部材を備えている。このため、電池集合体の電圧を拘束バンドを介して出力することができるので、電極との接続箇所にかかる負荷を軽減することができ、電極部分の接続位置制度を向上することができるとともに、電池集合体の電圧を取り出すための電極に接続する電線が不要となり、部品点数を削減することができる。また、拘束バンドが、長手方向の一端部に電圧を外部に出力するための出力用端子を備えている。このため、電池集合体の電圧を取り出すための電極に接続する電線が不要となり、部品点数を削減することができる。

請求項２に記載された発明によれば、電池集合体の複数の電池を互いに直列に接続した際の電圧を取り出すための電極と他の拘束バンドとを接続する第２接続部材を備えている。このため、電池集合体の各電池の電圧を拘束バンドを介して検出することができるので、部品点数を削減することができる。

以上説明したように請求項１に記載された発明によれば、電池集合体の電圧を拘束バンドを介して出力することができるので、電極部分の接続位置制度を向上することができるとともに、電池集合体の電圧を取り出すための電線が不要となり、部品点数を削減することができる。したがって、接続信頼性の向上を図るとともに、コストの高騰を抑制し且つ小型化することができる。また、電池集合体の電圧を取り出すための電線が不要となり、部品点数を削減することができる。したがって、コストの高騰を抑制し且つ小型化することができる。

請求項２に記載された発明によれば、電池集合体の各電池の電圧を拘束バンドを介して検出することができるので、部品点数を削減することができる。したがって、コストの高騰を抑制し且つ小型化することができる。

以下、本発明の一実施形態にかかる電源装置を、図１乃至図３を参照して説明する。本発明の一実施形態にかかる電源装置１は、内燃機関と電動機との双方の駆動力で走行可能なハイブリッド車や、電動機の駆動力によって走行可能な電気自動車に搭載される。

本発明の電源装置１は、図１に示すように、電池集合体２と、後述する各電池４を直列に接続する接続部としてのバスバ９，１０と、バスバ９，１０を電池集合体２に取り付けるためのバスバモジュール１６と、後述する各電池４の正の電極６(以下、正極と呼ぶ)と負の電極７(以下、負極と呼ぶ)との電位差を測定するための測定手段としての測定部（図示せず）と、電池集合体２と測定部との双方と接続されて電池集合体２の各電池４の電圧を監視するとともに外部に出力するためのジャンクションボックス４０と、一対のエンドプレート１５ａ，１５ｂと、後述する各電池４を束ねて固定する拘束バンド２０と、総＋端子２６と、接続部材２８と、一対の第２接続部材２９，３２とを備えている。

電池集合体２は、図１に示すように、複数の電池４を備えている。電池４は、方体状の電池本体５と、正極６と、負極７とを備えている。正極６は、電池本体５の一端に設けられている。負極７は、電池本体５の他端に設けられている。正極６と負極７とは、角柱状に形成されており、電池本体５の一つの端面８（以下、一端面と呼ぶ）から同方向に突出して設けられるとともに、互いに並行（平行）に配されている。

複数の電池４は、図１に示すように、一つの端面８が互いに同一平面上に位置する状態で、互いに隣り合う電池４同士の正極６と負極７とが互いに隣り合うように、一方向（図１中の矢印Ｈ）に沿って並べられている。さらに、複数の電池４は、一方向Ｈに交差する方向に相対し且つ互いに隣り合う一方向Ｈが平行になるように２列に配されている。そして、互いに隣り合う電池４同士は、正極６と負極７とが互いに隣り合っている。即ち、複数の電池４は、正極６と負極７とが交互に逆向きとなる状態で重ねられている。電池集合体２は、複数の電池４の一つの端面８からなる上面３ａと該上面３ａと相対向する底面３ｂとに、後述する拘束バンド２０が配されている。

バスバ９，１０は、それぞれ、導電性を有する金属で形成されて複数設けられている。バスバ９は、図1又は図２に示すように、帯板状に形成されており、複数の電池４の並ぶ一方向Ｈに交差する方向と平行になる向きで、電池集合体２の上面３ａに配されるとともに、一方向Ｈと交差する一方の面に正極６と負極７とが接続されて、互いに隣り合う電池４同士の互いに隣り合う正極６と負極７とを接続する。また、バスバ９には、前述した一方向Ｈと交差する他方の面から外側に凸に突出するように接続端子１４が設けられている。接続端子１４は、板状に形成されており、後述する図示しない測定部のコネクタと接続する。

バスバ１０は平面形状がコの字型に形成されるとともに、正極６と接続する正極接続壁１１と、負極７と接続する負極接続壁１２と、正極接続壁１１と負極接続壁１２とを連結する連結壁１３とを有している。正極接続壁１１と負極接続壁１２とは、それぞれ略矩形状に形成され、互いに間隔をあけて相対し且つ互いに平行である。

連結壁１３は、略矩形状に形成されており、後述する図示しない測定部のコネクタ（図示せず）と接続する接続端子１４を備えている。接続端子１４は、図１に示すように、板状に形成されており、連結壁１３から外側に凸に突出するように設けられている。

そして、バスバ１０は、該バスバ１０の連結壁１３が複数の電池４の並ぶ一方向Ｈに交差する方向と平行になる向きで、電池集合体２の上面３ａに配されるとともに、正極接続壁１１と負極接続壁１２との双方が相対する側の面に、それぞれ、正極６と負極７とが接続されて、互いに隣り合う電池４同士の互いに隣り合う正極６と負極７とを接続する。

バスバモジュール１６は、絶縁性の材料からなり、平面が略矩形の板状に形成された底壁１６ａと、底壁１６ａの外縁から立設した周壁１６ｂと、を有したケース状に形成されている。また、バスバモジュール１６には、底壁１６ａに前述した電池集合体２の各電池４の正極６と負極７とを挿通する複数の貫通孔１７と、一方のエンドプレート１５ｂの後述する一対の位置決め突起１８をそれぞれ挿通する一対の孔（図示せず）と、が設けられている。 また、バスバモジュール１６には、底壁１６ａの表面に、複数のバスバ９，１０が前述した各電池４の正極６と負極７とを接続可能な位置に配置して取り付けられている。

そして、バスバモジュール１６は、底壁１６ａが電池集合体２の上面３ａに重ねられて、各電池４の正極６と負極７とがそれぞれ複数の貫通孔１７に挿通される。このとき、複数の貫通孔１７に挿通された互いに隣り合う各電池４の正極６と負極７とを、底壁１６ａの表面に取り付けられた複数のバスバ９，１０によって接続する。こうして、バスバモジュール１６は、複数のバスバ９，１０と、電池集合体２の互いに隣り合う各電池４の正極６と負極７とを一括して接続する。

測定部は、バスバ９，１０の接続端子１４と接続される。測定部は、バスバ９，１０によって電池集合体２と接続されて前述したように並べられた各電池４の正極６と負極７双方の電圧を検出して電位差を測定するとともに、各電池４の電位差を測定する。

ジャンクションボックス４０は、絶縁性の材料でブロック状に形成されている。ジャンクションボックス４０は、内部にプリント基板等の電子部品等を有するとともに、前述した一方向Ｈに交差する方向の一端側にサービスプラグ部４３を備えている。また、ジャンクションボックス４０には、電池集合体２の上面３ａと同一平面上の上面に拘束バンド２０の後述する総−端子２４及び中間端子２５が配される取付部４１、４２が設けられている。

そして、ジャンクションボックス４０は、拘束バンド２０によって電池集合体２と接続されるとともに図示しない測定部と電線等で接続されて、電池集合体２の各電池４の電圧を外部に出力するとともに、測定部が検出した各電池４の電圧に基づいて各電池４の状態を監視する。

サービスプラグ部４３は、ジャンクションボックス４０に電線等によって接続されている。そして、サービスプラグ部４３は、複数の電池４の並ぶ一方向Ｈの中間に位置する電池４ｃ，４ｄとジャンクションボックス４０を介して接続されて、一方向Ｈの中間に位置する電池４ｃ，４ｄの直列接続及び断絶を行うとともに、電池集合体２の各電池４の直列接続及び断絶を行う。

一対のエンドプレート１５ａ，１５ｂは、それぞれ、絶縁性の材料からなり、方体状に形成されている。一対のエンドプレート１５ａ，１５ｂは、互いに間隔をあけて相対し且つ平行に配されている。一対のエンドプレート１５ａ，１５ｂは、図１又は図２に示すように、互いの間に上述した複数の電池４を挟み且つ該複数の電池４の電池本体５の長手方向と平行に配されている。そして、一対のエンドプレート１５ａ，１５ｂは、それぞれ、後述する拘束バンド２０がボルト１９によって取り付けられる。

拘束バンド２０は、導電性を有する材料からなり且つ帯板状に形成されて複数設けられている。複数の拘束バンド２０は、それぞれ、電池集合体２の上面３ａと該上面３ａと相対向する底面３ｂとに配されている。複数の拘束バンド２０は、それぞれ、各電池４の並ぶ一方向Ｈと平行に配され且つ互いに間隔をあけて設けられている。また、複数の拘束バンド２０には、それぞれ、長手方向の一端部に固定部２１と他端部に固定部２２とが設けられている。

固定部２１，２２は、拘束バンド２０が電池集合体２に取り付けられた際に、エンドプレート１５ａ，１５ｂと平行になるように拘束バンド２０が折り曲げられて形成されている。固定部２１，２２には、それぞれ、貫通孔（図示せず）が設けられており、ボルト１９が通されて前述したエンドプレート１５ａ，１５ｂと固定される。

また、一つの拘束バンド２０ａには、固定部２１から外側に凸に突出するように総−端子２４が設けられている。この総−端子２４には、貫通孔２４ａが設けられている。総−端子２４は、貫通孔２４ａにボルト等によって電線等が接続されて電池集合体２の電圧を外部に出力する。総−端子２４は、特許請求の範囲に記した出力用端子を成している。そして、この一つの拘束バンド２０ａは、全ての電池４が直列に接続された電池集合体２の電圧を取り出すための負極７が後述する接続部材２８によって接続される。

さらに、他の拘束バンド２０ｂ，２０ｃには、それぞれ、固定部２１から外側に凸に突出するように中間端子２５が設けられている。この中間端子２５には、貫通孔２５ａが設けられており、ボルト等によってジャンクションボックス４０の取付部４１に取り付けられる。そして、中間端子２５がジャンクションボックス４０と接続されて、ジャンクションボックス４０のサービスプラグ部４３によって各電池４ｃ，４ｄの直列接続及び断絶を行っている。中間端子２５は、特許請求の範囲に記した出力用端子を成している。そして、これらの他の拘束バンド２０ｂ，２０ｃは、直列に接続された各電池４ｃ，４ｄの電圧を取り出すための正極６と負極７とがそれぞれ、後述する第２接続部材２９，３２によって接続される。

総＋端子２６は、図１に示すように、導電性を有する金属からなる帯板状に形成されており、長手方向の一端が該総＋端子２６の表面側に折り曲げられて形成された固着部２６ａと、他端に貫通孔２６ｃが形成された固定部２６ｂと、を有している。総＋端子２６は、側方から見てＬ字状に形成されている。また、総＋端子２６は、貫通孔２６ｃにボルト等によって電線等が接続されて電池集合体２の電圧を外部に出力する。

接続部材２８と一対の第２接続部材２９，３２とは、それぞれ、図１又は図４に示すように、導電性を有する金属からなる平板状に形成された板状部材であり、複数設けられている。また、接続部材２８と第２接続部材２９とは、互いに同形形状に形成されており、それぞれ、側方から見て矩形状に形成された第１の固着部３０と、第１の固着部３０に連接し且つ側方から見て該第１の固着部３０より幅広に形成された第２の固着部３１と、を有している。

第２接続部材３２は、接続部材２８及び第２接続部材２９と略同形形状に形成されており、側方から見て矩形状に形成された第１の固着部３３と、第１の固着部３３に連接し且つ側方から見て該第１の固着部３３より幅広に形成された第２の固着部３４とを有している。第２接続部材３２は、第１の固着部３３の長手方向の長さが、接続部材２８及び第２接続部材２９の第１の固着部３０の長手方向の長さよりも長く形成されている。

前述した構成の電源装置１を組み立てる際には、まず、図１に示すように、電池集合体２の一方向Ｈに沿って２列に並べられた各電池４を一対のエンドプレート１５ａ，１５ｂの互いの間に挟み、電池集合体２の上面３ａと底面３ｂとの双方に複数の拘束バンド２０を互いに間隔をあけて配置して一対のエンドプレート１５ａ，１５ｂの各電池４から離れた側の面、即ち外側の面に固定部２１，２２を重ねてボルト１９によって固定して該複数の拘束バンド２０が電池集合体２に取り付けられる。

次に、図１に示すように、電池集合体２の全ての電池４を直列に接続した際のこれら全ての電池４の電圧を取り出すために、複数の電池４の一方向Ｈの一端に位置する一つの電池４ａの負極７と、電池集合体２の上面３ａに取り付けられた一つの拘束バンド２０ａとを接続部材２８によって接続する。接続部材２８の第１の固着部３０の一方の側面と一つの電池４ａの負極７とが当接し且つ接続部材２８の第２の固着部３１の底面と一つの拘束バンド２０ａとが当接して、第１の固着部３０と一つの電池４ａの負極７と、第２の固着部３１と一つの拘束バンド２０ａとが、それぞれ、溶接等によって固定されて接続する。

さらに、電池集合体２の複数の電池４を互いに直列に接続した際のこれら各電池４の電圧を取り出すために、複数の電池４の一方向Ｈの中間に位置する一方の電池４ｃの正極６と、電池集合体２の上面３ａに取り付けられた他の拘束バンド２０ｂとを一方の第２接続部材２９によって接続する。一方の第２接続部材２９の第１の固着部３０の一方の側面と一方向Ｈの中間に位置する一方の電池４ｃの正極６とが当接し且つ一方の第２接続部材２９の第２の固着部３１の底面と他の拘束バンド２０ｂとが当接して、第１の固着部３０と前記一方の電池４ｃの正極６と、第２の固着部３１と他の拘束バンド２０ｂとが、それぞれ、溶接等によって固定されて接続する。

また、上述した一方の電池４ｃの正極６とバスバ９で接続された一方向Ｈの中間に位置する他方の電池４ｄの負極７と、電池集合体２の上面３ａに取り付けられたさらに他の拘束バンド２０ｃとを他方の第２接続部材３２によって接続する。他方の第２接続部材３２の第１の固着部３３の一方の側面と一方向Ｈの中間に位置する他方の電池４ｄの負極７とが当接し且つ他方の第２接続部材３２の第２の固着部３４の底面とさらに他の拘束バンド２０ｃとが当接して、第１の固着部３３と前記前記他方の電池４ｄの負極７と、第２の固着部３４とさらに他の拘束バンド２０ｃとが、それぞれ、溶接等によって固定されて接続する。

そして、図１又は図２に示すように、総＋端子２６を複数の電池４の一方向Ｈの他端に位置する一つの電池４ｂの正極６に接続する。総＋端子２６は、固着部２６ａの固定部２６ｂから離れた側の面に前記一つの電池４ｂの正極６が当接されて溶接等によって固定されて、該一つの電池４ｂの正極６と接続する。こうして、総＋端子２６は、電池集合体２に取り付けられる。

続いて、バスバモジュール１６の複数の貫通孔１７に電池集合体２を構成する各電池４の正極６と負極７とをそれぞれ挿入するとともに、バスバ９，１０を互いに隣り合う各電池４の正極６と負極７とに取り付ける。バスバ９，１０は、図２に示すように、並べられた複数の電池４のうち一端に位置する一つの電池４ａの負極７と、他端に位置する他の電池４ｂの正極６とを除いた、隣り合う正極６と負極７とを接続するように取り付けられて、電池集合体２を構成する各電池４を直列に接続する。

平板状のバスバ９を、接続すべき隣り合う正極６と負極７と平行になるように設置して、該バスバ９の一方向Ｈに平行な一方の面に正極６と負極７双方が溶接等によって固定されて接続する。また、コの字型のバスバ１０を、接続すべき隣り合う正極６と負極７とを挟み込むように設置して、該バスバ１０の正極接続壁１１の負極接続壁１２と相対する側の面に正極６が当接し且つ負極接続壁１２の正極接続壁１１と相対する側の面に負極７が当接されて、接した正極接続壁１１と正極６と、負極接続壁１２と負極７とが、それぞれ、溶接等によって固定されて接続する。

そして、互いに隣り合う一方の電池４の正極６と他方の電池４の負極７とが、正極接続壁１１と負極接続壁１２との互いに相対する側の面に接続される。このバスバ１０の正極接続壁１１と負極接続壁１２とが互いに相対する面間の間隔は、正極６の正極接続部側の面と負極７の負極接続側の面との間隔と略等しい。こうして、電池集合体２を構成する複数の電池４は、バスバ９，１０により直列に接続される。

最後に、複数の拘束バンド２０の総−端子２４と中間端子２５とを、それぞれ、ジャンクションボックス４０の取付部４１，４２にボルト等によって固定して接続して、一つの拘束バンド２０ａの総−端子２４がジャンクションブロック４０を介して外部に接続されるとともに、総＋端子２６が電線等によって外部に接続される。そして、他の拘束バンド２０ｂ，２０ｃ双方の中間端子２５をジャンクションボックス４０のサービスプラグ部４３を介して測定部に接続する。さらに、バスバ９，１０の接続端子１４を測定部のコネクタに挿入して該コネクタの端子と接続して、全ての接続端子１４とコネクタの端子とを接続して、電池集合体２と測定部とが接続される。以上により、電源装置１の組み立ては完了する。

本実施形態によれば、電源装置１は、電池集合体２の一方向Ｈの一端に位置する一つの電池４ａの負極７と一つの拘束バンド２０ａとを接続する接続部材２８を備えている。このため、一つの電池４ａの負極７と一つの拘束バンド２０ａとを接続部材２８で接続することによって、電池集合体２の電圧を一つの拘束バンド２０ａを介して外部に出力することができる。

したがって、電極部分の接続位置制度を向上することができるとともに、電池集合体の電圧を取り出すための電線が不要となり、部品点数を削減することができる。よって、接続信頼性の向上を図るとともに、コストの高騰を抑制し且つ小型化することができる。

また、本実施形態の電源装置１は、電池集合体２の一方向Ｈの中間に位置する一方の電池４ｃの負極７と他の拘束バンド２０ｂと、前記一方の電池４ｃと直列に接続された一方向Ｈの中間に位置する他方の電池４ｄの正極６と他の拘束バンド２０ｃとを、それぞれに接続する第２の接続部材２９，３２を備えている。

このため、電池集合体２の直列に接続された各電池４ｃ，４ｄの電圧を拘束バンドを介して検出することができるので、部品点数を削減することができる。したがって、コストの高騰を抑制し且つ小型化することができる。

さらに、拘束バンド２０が前述した電圧を外部に出力するための出力用端子としての総−端子２４及び中間端子２５を備えているので、電池集合体２の電圧及び直列に接続された各電池４ｃ，４ｄの電圧を取り出すための電線が不要となり、部品点数を削減することができる。したがって、コストの高騰を抑制し且つ小型化することができる。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態にかかる電源装置を示す分解斜視図である。 図１に示された電源装置の電池集合体の平面図である。 図１に示された電源装置の電池集合体の側面図である。 図１に示された電源装置に設けられた接続部材及び第２接続部材を示す斜視図である。 図１の電源装置が組み付けられた状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 電源装置
２ 電池集合体
４ 電池
６ 正極（正の電極）
７ 負極（負の電極）
９，１０ バスバ（接続部）
２０ 拘束バンド
２４ 総−端子（出力用端子）
２５ 中間端子（出力用端子）
２８ 接続部材
２９，３２ 第２接続部材

Claims (2)

1. 一端に正の電極と他端に負の電極とを有する電池を複数備えた電池集合体と、導電性を有する材料からなり且つ前記電池集合体の各電池を束ねて固定する複数の拘束バンドと、前記各電池を直列に接続する接続部とを備えた電源装置において、
   全ての前記各電池を直列に接続した際の電圧を取り出す電極のうちの少なくとも一方の電極と一つの拘束バンドとを接続する接続部材を備え、
   前記拘束バンドが、長手方向の一端部に前記電圧を外部に出力するための出力用端子を備えたことを特徴とする電源装置。
2. 複数の前記電池を互いに直列に接続した際の電圧を取り出すための電極と他の拘束バンドとを接続する第２接続部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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