JP5088445B2

JP5088445B2 - プラグ装置

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Publication number: JP5088445B2
Application number: JP2011527081A
Authority: JP
Inventors: 広隆渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: US8668517B2; WO2011151865A1; CN102449860A; JPWO2011151865A1; EP2579397A4; CN102449860B; EP2579397B1; US20120115353A1; EP2579397A1

Description

本発明は、蓄電スタック間の電気的な接続及び非接続に用いられるプラグ装置に関する。

近年、電気自動車、ハイブリッド自動車などの駆動用又は補助電源として用いられる蓄電装置の出力を上昇させる必要性が高まっている。特許文献１は、複数のバッテリモジュールを備え、安全プラグ接続台に安全プラグを装着することで全てのバッテリモジュールを直列に接続して、その直列電圧を電源出力カプラから出力する電源装置を開示する。

特開２００７−２５０４７２号公報特開２００９−１５２０５３号公報

しかしながら、バッテリモジュールを交換する場合、安全プラグを抜いた後に各バッテリモジュールに繋がる回路を物理的に分離しなければならなかった。そのため、バッテリモジュール（蓄電スタック）を交換するのに手間がかかっていた。そこで、本願発明は、蓄電スタック交換時の作業性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明のプラグ装置は、（１）プラググリップが着脱可能に装着され、第１の蓄電スタックが備える第１の導線と第２の蓄電スタックが備える第２の導線との接続に用いられるプラグ装置であって、前記第１の導線を保持する第１の保持部と、前記第１の保持部と分離して、前記第２の導線を保持する第２の保持部と、前記第１及び第２の保持部が着脱可能に固定される固定部と、を有し、前記プラググリップが装着される第１の状態において、前記第１及び第２の保持部は前記固定部に固定されるとともに、前記第１及び第２の導線が電気的に接続され、前記プラググリップの装着が断たれた第２の状態において、前記第１及び第２の保持部は前記固定部からの離脱が許容され、前記第１及び第２の導線の電気的な接続が断たれる
（２）（１）の構成において、前記第１の蓄電スタックは、第３の導線を備える第１の蓄電ブロックと第４の導線を備える第２の蓄電ブロックとを含み、前記第３及び第４の導線は互いに、前記第１の状態において電気的に接続され、前記第２の状態において電気的な接続が断たれる。（２）の構成によれば、第１及び第２の蓄電ブロックの電気的な接続が断たれた状態で、第１の蓄電スタックの交換作業を行うことができる。

（３）（２）の構成において、前記第３及び第４の導線は、前記第１の保持部に保持させるとよい。（３）の構成によれば、蓄電スタックの交換時に第１、第３及び第４の導線をまとめて固定部から取り外すことが可能となり、交換作業をさらに容易化することができる。

（４）（１）〜（３）の構成において、前記第１の保持部は前記第１の導線に導通する第１のスイッチ部を有し、前記第２の保持部は前記第２の導線に導通する第２のスイッチ部を有し、前記第１の状態において、前記第１及び第２のスイッチ部が導通し、前記第２の状態において、前記第１及び第２のスイッチ部の導通が断たれるように構成することができる。（４）の構成によれば、第１及び第２の蓄電スタックを機械的及び電気的に接続、非接続する機能が第１及び第２の保持部に集約化され、構造が簡素化される。

（５）（１）の構成において、前記固定部は、前記第１及び第２の保持部が嵌合する嵌合構造を備えたケースを有するように構成することができる。簡易な構成により、第１及び第２の保持部の着脱を行うことができる。

本発明によれば、蓄電スタックの交換作業を容易化できる。

サービスプラググリップが装着された状態における、プラグ装置及び蓄電スタックの平面図である。サービスプラググリップの装着が解除された状態における、プラグ装置及び蓄電スタックの平面図である。第１及び第２の保持部が分離された状態における、蓄電スタックの平面図である。第１の保持部の拡大図である。固定部の平面図（Ｚ矢視図）である。固定部のＹ矢視図である。固定部のＸ矢視図である。変形例１のプラグ装置及び蓄電スタックの平面図であり、サービスプラググリップの装着が解除された状態を示す。変形例１の複数の保持部が分離された状態における、蓄電スタックの平面図である。変形例２のプラグ装置及び蓄電スタックの平面図であり、サービスプラググリップの装着が解除された状態を示す。変形例２の複数の保持部が分離された状態における、蓄電スタックの平面図である。

図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、プラグ装置及び蓄電スタックの平面図であり、複数の蓄電スタックが互いに機械的及び電気的に接続された状態を示す。図２は図１に対応しており、複数の蓄電スタックが機械的に接続され、電気的に非接続とされた状態を示す。図３は図１に対応しており、複数の蓄電スタックが機械的及び電気的に非接続とされた状態を示す。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する異なる三軸を示す。これらの図を参照して、蓄電装置１は、第１の蓄電スタック１０及び第２の蓄電スタック３０を含む。

第１の蓄電スタック１０は、第１の及び第２の蓄電ブロック１１、１２を含む。第１の蓄電スタック１０は、スタック正極端子部１０Ｂ及びスタック負極端子部１０Ｃを備える。スタック正極端子部１０Ｂは、スタック導線５１を介して不図示の三相交流モータを含む負荷部に接続されている。スタック負極端子部１０Ｃは、第１の導線としてのスタック接続導線５４及び第２の導線としてのスタック接続導線５５を介して第２の蓄電スタック３０に電気的に接続される。

第１及び第２の蓄電ブロック１１及び１２は、エンドプレート２１、２２の間に位置する。これらのエンドプレート２１、２２は拘束バンド２５により連結されている。拘束バンド２５は、エンドプレート２１、２２が互いに接近する方向に緊張力を付与する。したがって、第１及び第２の蓄電ブロック１１及び１２は、エンドプレート２１、２２により圧縮される。

第１の蓄電ブロック１１は、複数の蓄電素子２３を含む。これらの蓄電素子２３は、エンドプレート２１、２２が向きあう方向（Ｙ軸方向）に積層されている。蓄電素子２３は、Ｘ軸方向の一端部に素子正極部２３Ｂを備え、他端部に素子負極部２３Ｃを備える。Ｙ軸方向に並ぶ蓄電素子２３は互いに、素子正極部２３Ｂ及び素子負極部２３Ｃが向き合い、これらの向き合う素子正極部２３Ｂ及び素子負極部２３Ｃは、バスバー（導電板）２４を用いて接続されている。

蓄電素子２３のＺ軸方向の端面には、ガス放出弁２３Ａが設けられる。ガス放出弁２３Ａは、破壊式の弁であってもよい。蓄電異常により電解液が電気分解してガスが発生すると、ガス放出弁２３Ａからガスが放出される。これにより、蓄電素子２３の内圧上昇が抑制できる。

第１の蓄電ブロック１１は、第２の蓄電ブロック１２に電気的に接続するための第３の導線としてのブロック接続導線５３と、第１の蓄電スタック１０及び第２の蓄電スタック３０を電気的に接続するためのスタック接続導線５４とを備える。図１に図示する状態において、ブロック接続導線５３は、一端部が第４の導線としてのブロック接続導線５２に対して電気的に接続され、他端部がブロック正極部１１Ｂに対して機械的及び電気的に接続される。

第２の蓄電ブロック１２は、スタック導線５１及びブロック接続導線５２を備える。図１に図示する状態において、ブロック接続導線５２は、一端部がブロック接続導線５３に接続され、他端部がブロック正極部１２Ｂに接続される。第２の蓄電ブロック１２のその他の構成は、第１の蓄電ブロック１１と同様であるため説明を繰り返さない。

第２の蓄電スタック３０は、第３及び第４の蓄電ブロック３１及び３２を含む。第２の蓄電スタック３０は、スタック正極端子３０Ｂ及びスタック負極端子３０Ｃを備える。スタック正極端子３０Ｂは、スタック接続導線５５及び５４を介して第１の蓄電スタック１０に電気的に接続される。スタック負極端子３０Ｃは、スタック導線５８を介して前記負荷部に接続される。

第３の蓄電ブロック３１はブロック正極部３１Ｂを備え、ブロック正極部３１Ｂには第４の蓄電ブロック３２に電気的に接続するためのブロック接続導線５６が接続されている。第４の蓄電ブロック４１はブロック負極部３２Ｃを備え、ブロック負極部３１Ｃには第３の蓄電ブロック３１に電気的に接続するためのブロック接続導線５７が接続されている。

次に、図２及び図３を参照して、第１及び第２の蓄電スタックを固定するための固定構造について説明する。ブロック接続導線５２の先端部は、保持ブロック８１Ａに保持されている。ブロック接続導線５３の先端部は、保持ブロック８１Ｂに保持されている。保持ブロック８１Ａ、８１Ｂは、Ｙ軸方向の端面が互いに機械的に連結されている。スタック接続導線５４の先端部は、保持ブロック８１Ｃに保持されている。保持ブロック８１Ｂ、８１Ｃは、Ｘ軸方向の端面が互いに機械的に連結されている。

保持ブロック８１Ａ、８１Ｂ及び８１Ｃは、機械的に連結されることにより、第１の保持部８１としてユニット化されている。保持ブロック８１Ａ、８１Ｂ及び８１Ｃはそれぞれ、平面視（Ｚ軸方向視）で矩形状に形成されており、第１の保持部８１は、平面視でＬ字状に形成されている。

ブロック接続導線５６の先端部は、保持ブロック８２Ａに保持されている。ブロック接続導線５７の先端部は、保持ブロック８２Ｂに保持されている。保持ブロック８２Ａ、８２Ｂは、Ｙ軸方向の端面が互いに機械的に連結されている。スタック接続導線５５の先端部は、保持ブロック８２Ｃに保持されている。保持ブロック８２Ｂ、８２Ｃは、Ｘ軸方向の端面が互いに機械的に連結されている。つまり、保持ブロック８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃは、機械的に連結してユニット化されることにより、第２の保持部８２を形成する。保持ブロック８２Ａ、８２Ｂ及び８２Ｃは、平面視で矩形状に形成されており、第２の保持部８２は、平面視でＬ字状に形成されている。

図４は、第１の保持部８１の拡大図であり、スイッチの構成を簡略化して図示する。図２、図３及び図４を参照して、ブロック接続導線５２、５３はブロック接続スイッチ８５により導通及び非導通の間で切り替えられ、スタック接続導線５４、５５はスタック接続スイッチ８６により導通及び非導通の間で切り替えられ、ブロック接続導線５６、５７はブロック接続スイッチ８７により導通及び非導通の間で切り替えられる。スタック接続スイッチ８６は、第１及び第２のスイッチ部に相当する。

固定部７０に位置する第１及び第２の保持部８１、８２に対してサービスプラググリップ６０が装着されることにより、ブロック接続スイッチ８５、スタック接続スイッチ８６及びブロック接続スイッチ８７が導通状態に設定される。固定部７０に固定された第１及び第２の保持部８１、８２に対するサービスプラググリップ６０の装着が解除されることにより、ブロック接続スイッチ８５、スタック接続スイッチ８６及びブロック接続スイッチ８７は導通状態から非導通状態に切り替わる。

図５Ａは固定部７０の平面図（Ｚ矢視図）であり、図５Ｂは固定部７０のＹ矢視図であり、図５Ｃは固定部７０のＸ矢視図である。図５を参照して、固定部７０は、ケース７１を含む。ケース７１は有底筒状であり、上側が開口している。固定部７０は、図示しないロアケースに対して締結ボルト７２により固定されている。

ロアケースは、車両に搭載された蓄電装置の下側に位置しており、図示しないアッパーケースに対して固定されることにより、蓄電装置の下側を覆う。ケース７１のＸ軸方向の端面には、Ｚ軸方向に延びる突状部７３が形成されている。突状部７３は、Ｘ軸方向視において放物面状に形成されている。ケース７１のＹ軸方向の端面には、複数の凹部７１Ａが形成されている。これらの凹部７１Ａは、Ｘ軸方向に並んで形成されており、ブロック接続導線５２〜５７、スタック接続導線５４〜５５が面接触するように載置される。

第１の保持部８１は、ケース７１に嵌合する。第１の保持部８１は、ケース７１に嵌合した状態において、図示しないロック部によりその位置に着脱可能にロックされる。ロック部は、第１の保持部８１に形成された孔部に係合する爪部であってもよい。この場合、着脱時に爪部が弾性変形することにより、ロック及びロック解除を行うことができる。また、ケース７１に孔部を形成し、この孔部に着脱可能に圧入される突起部を第１の保持部８１に設ける構成であってもよい。さらに、第１の保持部８１が、ケース７１に嵌合して摩擦接触することにより固定される構成であってもよい。また、第１の保持部８１が、ケース７１に形成されたレールに沿ってスライド移動しながらケース７１内に収まる構成であってもよい。この場合、ケース７１内に位置する第１の保持部８１のスライド移動を許容、禁止するロック機構を設ける構成であってもよい。

次に、図１〜図３を参照しながら、第１及び第２の保持部８１及び８２を固定部７０から取り外す方法について説明する。図１に図示する状態において、第１及び第２の保持部８１、８２には、サービスプラググリップ６０が装着されており、ブロック接続導線５２、５３が互いに導通し、スタック接続導線５４、５５が互いに導通し、ブロック接続導線５６、５７が互いに導通している。

第１及び第２の蓄電スタック１０、３０のうちいずれか一方が故障した場合には、図１に図示するサービスプラググリップ６０を、第１及び第２の保持部８１、８２から引き抜く。図２を参照して、サービスプラググリップ６０が第１及び第２の保持部８１、８２から引き抜かれると、ブロック接続導線５２、５３が互いに導通しなくなり、スタック接続導線５４、５５が互いに導通しなくなり、ブロック接続導線５６、５７が互いに導通しなくなる。

したがって、第１及び第２の保持部８１、８２からサービスプラググリップ６０が引き抜かれるだけで、第１〜第４の蓄電ブロック１１〜３２の電気的な接続が断たれる。ブロック接続導線５２、５３の接続部分、スタック接続導線５４、５５の接続部分、ブロック接続導線５６、５７の接続部分に対して、それぞれ個別のサービスプラググリップ６０が不要となるため、コストを削減できる。さらに、サービスプラググリップ６０の個数が削減されることにより、蓄電スタック交換時のサービスプラググリップ６０の抜き忘れが防止できる。サービスプラググリップ６０の個数が削減されることにより、蓄電装置が小型化する。

サービスプラググリップ６０が第１及び第２の保持部８１、８２から引き抜かれると、第１及び第２の保持部８１、８２が外部に露出する。図３を参照して、ケース７１に嵌合した第１の保持部８１をＺ軸方向に引っ張ることにより、ケース７１及び第１の保持部８１のロックが解除され、固定部７０から第１の保持部８１を取り外すことができる。ケース７１に嵌合した第２の保持部８２をＺ軸方向に引っ張ることにより、ケース７１及び第２の保持部８２のロックが解除され、固定部７０から第２の保持部８２を取り外すことができる。

このように、サービスプラググリップ６０を第１及び第２の保持部８１、８２から引き抜くだけで、第１及び第２の保持部８１、８２が互いに分離可能な状態になる。これにより、第１及び第２の蓄電スタック１０、３０のうちいずれか一方が故障した場合に、他方を再利用することができる。その結果、リビルト性が向上、つまり、再利用によるコスト削減ができる。さらに、蓄電スタック交換時の労力が軽減される。

ここで、第１及び第２の蓄電スタック１０、３０のうちいずれか一方が故障したときに、これらの蓄電スタック１０、３０を全て交換、つまり、蓄電装置全体を交換する方法も考えられる。しかしながら、この方法は、必要な電池容量が向上、或いは蓄電スタックの個数が増えるにしたがって、交換費用の増大を招く。上述の実施形態によれば、蓄電スタックの単位で交換ができるため、コストが削減できる。

上述の実施形態では、保持ブロックの個数を６個、保持部の個数を２個としたが、本発明はこれに限られるものではなく、蓄電スタック、蓄電ブロックの構成、或いは個数に応じて、適宜変更することができる。その具体例を変形例として以下に説明する。

（変形例１）
図６及び図７は、変形例１の蓄電装置であり、図６は、蓄電スタックを固定部に固定した状態を示す。図７は、蓄電スタックを固定部から取り外した状態を示す。実施形態１と同一の機能を有する構成要素には、同一符合を付している。本変形例の蓄電装置は、第１〜第３の蓄電スタック１０１〜１０３を含む。本変形例の蓄電スタックは、一つの蓄電ブロックで構成されている点で、上記実施形態と異なる。蓄電装置のプラス端子にはスタック導線６１が接続されており、マイナス端子にはスタック導線６６が接続されている。

第１の蓄電スタック１０１のマイナス端子には、スタック接続導線６２が接続されており、スタック接続導線６２の先端部は第１の保持ブロック８３に保持されている。第２の蓄電スタック１０２のプラス端子には、スタック接続導線６３が接続されており、スタック接続導線６３の先端部は第２の保持ブロック８４Ａに保持されている。第２の蓄電スタック１０２のマイナス端子には、スタック接続導線６４が接続されており、スタック接続導線６４の先端部は第３の保持ブロック８４Ｂに保持されている。第３の蓄電スタック１０３のプラス端子には、スタック接続導線６５が接続されており、スタック接続導線６５の先端部は第４の保持ブロック８５に保持されている。

第１の保持ブロック８３、第２〜第３の保持ブロック８４Ａ〜８４Ｂ及び第４の保持ブロック８５は互いに分離可能であり、第２〜第３の保持ブロック８４Ａ〜８４Ｂは互いに、分離不可能にＸ軸方向の端面が接続されている。変形例１の構成において、サービスプラググリップ６０が第１〜第４の保持ブロック８３〜８５から外れることにより、スタック接続導線６２、６３が導通しなくなり、スタック接続導線６４、６５が導通しなくなる。また、第１の保持ブロック８３、第２〜第３の保持ブロック８４Ａ〜８４Ｂ及び第４の保持ブロック８５が互いに分離可能な状態になる。本変形例１の構成によれば、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。

（変形例２）
図８及び図９は変形例２の蓄電装置であり、図８は蓄電スタックを固定部に固定した状態を示す。図９は蓄電スタックを固定部から取り外した状態を示す。実施形態１と同一の機能を有する構成要素には、同一符合を付している。本変形例の蓄電装置は、第１〜第３の蓄電スタック２０１〜２０３を含む。本変形例の蓄電スタックは、一つの蓄電ブロックで構成されている点で、上記実施形態と異なる。

蓄電装置のプラス端子にはスタック導線９２が接続されており、マイナス端子にはスタック導線９７が接続されている。負荷導線９１、９８は図示しない三相交流モータを含む負荷部に接続されている。負荷導線９１、９８の先端部はそれぞれ、第１及び第８の保持ブロック８６、９０に保持されている。第１の蓄電スタック２０１のマイナス端子には、スタック接続導線９３が接続されており、第２の蓄電スタック２０２のプラス端子には、スタック接続導線９４が接続されている。スタック接続導線９３の先端部は、第３の保持ブロック８７Ｂに保持されており、スタック接続導線９４の先端部は、第４の保持ブロック８８Ａに保持されている。

第２の蓄電スタック２０２のマイナス端子には、スタック接続導線９５が接続されており、第３の蓄電スタック２０３のプラス端子には、スタック接続導線９６が接続されている。スタック接続導線９５の先端部は、第５の保持ブロック８８Ｂに保持されており、スタック接続導線９６の先端部は、第６の保持ブロック８９Ａに保持されている。第３の蓄電スタック２０３のマイナス端子は、スタック導線９７に接続されており、スタック導線９７の先端部は第７の保持ブロック８９Ｂに保持されている。

第１の保持ブロック８６、第２〜第３の保持ブロック８７Ａ〜８７Ｂ、第３〜第４の保持ブロック８８Ａ〜８８Ｂ及び第４〜第５の保持ブロック８９Ａ〜８９Ｂは互いに、分離可能である。第２〜第３の保持ブロック８７Ａ〜８７Ｂは互いに分離不可能である。第３〜第４の保持ブロック８８Ａ〜８８Ｂは互いに分離不可能である。第４〜第５の保持ブロック８９Ａ〜８９Ｂは互いに分離不可能である。

変形例２の構成において、サービスプラググリップ６０が第１〜８の保持ブロック８６〜９０から外れることにより、負荷導線９１及びスタック導線９２が互いに導通しなくなる。スタック接続導線９３、９４が互いに導通しなくなる。スタック接続導線９５、９６が互いに導通しなくなる。スタック導線９７及びスタック導線９８が互いに導通しなくなる。また、第１の保持ブロック８６、第２〜第３の保持ブロック８７Ａ〜８７Ｂ、第３〜第４の保持ブロック８８Ａ〜８８Ｂ及び第４〜第５の保持ブロック８９Ａ〜８９Ｂが互いに、分離可能な状態になる。変形例２の構成によれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１０第１の蓄電スタック１１第１の蓄電ブロック１２第２の蓄電ブロック
６０サービスプラググリップ７０固定部８１第１の保持部
８２第２の保持部

Claims

プラググリップが着脱可能に装着され、第１の蓄電スタックが備える第１の導線と第２の蓄電スタックが備える第２の導線との接続に用いられるプラグ装置であって、
前記第１の導線を保持する第１の保持部と、
前記第１の保持部と分離して、前記第２の導線を保持する第２の保持部と、
前記第１及び第２の保持部が着脱可能に固定される固定部と、を有し、
前記プラググリップが装着される第１の状態において、前記第１及び第２の保持部は前記固定部に固定されるとともに、前記第１及び第２の導線が電気的に接続され、
前記プラググリップの装着が断たれた第２の状態において、前記第１及び第２の保持部は前記固定部からの離脱が許容され、前記第１及び第２の導線の電気的な接続が断たれるプラグ装置。
前記第１の蓄電スタックは、第３の導線を備える第１の蓄電ブロックと第４の導線を備える第２の蓄電ブロックとを含み、
前記第３及び第４の導線は互いに、前記第１の状態において電気的に接続され、前記第２の状態において電気的な接続が断たれる請求項１に記載のプラグ装置。
前記第１の保持部は、前記第３及び第４の導線を保持する請求項２に記載のプラグ装置。
前記第１の保持部は前記第１の導線に導通する第１のスイッチ部を有し、
前記第２の保持部は前記第２の導線に導通する第２のスイッチ部を有し、
前記第１の状態において、前記第１及び第２のスイッチ部が導通し、前記第２の状態において、前記第１及び第２のスイッチ部の導通が断たれる請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のプラグ装置。
前記固定部は、前記第１及び第２の保持部が嵌合する嵌合構造を備えたケースを有する請求項１に記載のプラグ装置。