JP5261043B2 - 車両用の組電池 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載されて車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の組電池に関する。
車両用の組電池は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。モータに供給する電力を大きくするためである。多数の電池を定位置に配置する構造として、複数の電池を直線状に連結して電池モジュールとし、これを平行な姿勢で配置している一対のエンドプレートの間に配設する構造が開発されている。（特許文献１参照）
この構造の組電池を図１に示す。この組電池は、電池モジュール９１の端部電極９６をエンドプレート９４の貫通孔から外側に露出させている。隣接する電池モジュール９１は、エンドプレート９４の外側に配置しているバスバー９５に端部電極９６を接続している。バスバー９５は、その両端を電池モジュール９１の端部電極９６に固定して、隣接する電池モジュール９１を直列に接続する。この構造の組電池は、図の鎖線で示すように、エンドプレート９４の外側にリード線９７を配線している。図２は、組電池の回路図を示している。この図の組電池は、プラス側とマイナス側の電池ユニット９０を中間の安全プラグ９９で直列に接続している。安全プラグ９９は、メンテナンスなどの作業時に外されて、出力電圧を遮断する。この回路構成の組電池は、図１の鎖線で示すように、エンドプレート９４の表面に３本のリード線９７を配線する。最も上段に配線している第１のリード線９７Ａは、出力用のリード線で、中間と下段に配線される一対のリード線９７Ｂ、９７Ｃは、安全プラグ９９に接続されるリード線である。３本のリード線９７は、エンドプレート９４の表面からの突出高さを低くするために、バスバー９５のない部分に配線される。図１の組電池にあっては、エンドプレート９４の上下縁に沿って２本のリード線９７Ａ、９７Ｃを、上段と下段のバスバー９５の間に１本のリード線９７Ｂを配線している。
特開２００７−２３４３６９号公報
図１に示す組電池は、出力用のリード線９７Ａをエンドプレート９４の上縁に沿って配線するので、車両に搭載される状態で出力用のリード線が車両に接近して配線される。出力用のリード線はパルス状の大電流が流れることから放射ノイズが大きく、これがシャーシーに接近して配線されると、シャーシーにノイズを誘導して車両のノイズレベルを高くする弊害がある。出力用のリード線をエンドプレートの上縁から下方に配線して、シャーシーの誘導ノイズを少なくできる。ただ、出力用の太いリード線を上縁から下方に移動すると、これがエンドプレートから離れる位置にあって、組電池の外形を大きくする弊害がある。
一方、電極端子に接続されるバスバーは、金属板を平面状にしてその両端を隣接する端部電極に固定すると、電池の寸法誤差を吸収するのが難しくなる。この弊害はバスバーの中間を湾曲させることで解消できる。バスバーの湾曲部が変形しやすくなるからである。ただ、バスバーを湾曲して端部電極に固定すると、エンドプレート表面からの突出量が多きくなる。したがって、湾曲するバスバーの表面にさらに太い出力用のリード線を配線すると、組電池の外形を大きくする弊害がある。
本発明は、以上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、バスバーでもって電池の寸法誤差を解消しながら、リード線をバスバーとエンドプレートとの間に配線することで、リード線をバスバーを設けた部分に配線して外形を小さく、またシャーシーに誘導されるノイズレベルを低減できる車両用の組電池を提供することにある。
課題を解決するための手段及び効果
本発明の車両用の組電池は、互いに平行に配置されると共に、電池１の端部電極６を露出させる貫通孔４１を設けてなる一対のエンドプレート４と、このエンドプレート４の間にあって、エンドプレート４に直交する姿勢で互いに平行に配設されてなる複数の電池１と、貫通孔４１からエンドプレート４の外側に露出してなる電池１の端部電極６に連結されて、隣接する電池１を接続してなるバスバー５とを備える。バスバー５は、その中間部をエンドプレート４の外側に突出するように中央凸に湾曲して、エンドプレート４の外面との間にリード線７の挿通隙間８を設けており、この挿通隙間８に電池１に接続してなるリード線７を挿通している。
以上の車両用の組電池は、バスバーでもって電池の寸法誤差を解消しながら、リード線をバスバーとエンドプレートとの間に配線することで、リード線をバスバーを設けた部分に配線して外形を小さく、またシャーシーに誘導されるノイズレベルを低減できる特徴がある。
本発明の車両用の組電池は、エンドプレート４の間に複数段、複数列に電池１を配置して、隣接するバスバー５を互いに平行に配列し、平行に配列された複数列のバスバー５の挿通隙間８にリード線７を挿通することができる。
この組電池は、複数のバスバー５の挿通隙間８にリード線７を挿通するので、リード線７を安定してエンドプレート４の定位置に配線できる特徴がある。
本発明の車両用の組電池は、エンドプレート４の間に配列される電池１を、複数の素電池１Ａを直線状に連結してなる電池モジュールとすることができる。
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車両用の組電池を例示するものであって、本発明は車両用の組電池を以下のものに特定しない。
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」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。
図３ないし図８に示す車両用の組電池は、互いに平行に配置されてなる一対のエンドプレート４と、このエンドプレート４の間にあってエンドプレート４に対して直交する姿勢で互いに平行に配設されてなる複数の電池１と、エンドプレート４の外側にあって電池１の端部電極に連結されて隣接する電池１を接続してなるバスバー５とを備える。
図の組電池は、複数の電池１を平行な姿勢で縦横に並べてプラスチック製の電池ホルダー２に収納して定位置に配置している。さらに、図３、図５、及び図７に示す組電池は、電池ホルダー２を収納する外装ケース３を備え、この外装ケース３と電池ホルダー２との間に冷却ダクト１４を設けている。
電池１は、ニッケル水素電池又はリチウムイオン電池等の充電できる全ての電池を使用できる。図５の電池１は、４本の素電池１Ａを直線状に連結したもので、両端にバスバー５を連結できる端部電極６を固定している。図示しないが、電池は、１本の電池とすることができ、また３本以下、あるいは５本以上の複数の素電池を直線状に連結した電池モジュールとすることもできる。
エンドプレート４は、電池ホルダー２に連結されて、電池１を定位置に配置する。さらにエンドプレート４は、電池１の端部電極６に接続されるバスバー５を定位置に配置する嵌着部４２を設けている。図４のエンドプレート４は、絶縁材のプラスチック製で、嵌着部４２の外周に沿って嵌着リブ４３を一体的に成形して設けている。嵌着部４２の内側には、端部電極６をエンドプレート４の外側に露出させる貫通孔４１を設けている。この貫通孔４１は、端部電極６を露出させて、止ネジ１６でバスバー５を端部電極６に固定する。
バスバー５は、その両端を、貫通孔４１からエンドプレート４の外側に露出している端部電極６に連結して、隣接する電池１を直列に接続している。図の組電池は、バスバー５で電池１を直列に接続するが、バスバーは、隣接する電池を直列と並列に接続することもできる。バスバー５は、図５の断面図に示すように、これを貫通する止ネジ１６を端部電極６の雌ネジ孔にねじ込んで端部電極６に固定される。
バスバー５は、導電性の金属板で、その中間部をエンドプレート４の外側に突出するように中央凸に湾曲して、その両端部を止ネジ１６で端部電極６に固定している。中央凸に湾曲するバスバー５は、隣接する電池１の寸法誤差を吸収できる。平板状の金属板に比べて湾曲部が変形しやすいからである。電池１は、製造工程から寸法誤差ができる。とくに、複数の素電池１Ａを直線状に連結している電池モジュールは、長さ方向の誤差が累積されて寸法誤差が大きくなる。寸法誤差によって長さが異なる電池１は、バスバー５を止ネジ１６で固定する端部電極６が同一面に配置されず、段差のある状態で配置される。バスバー５は、大電流を流すことから厚くて変形し難い金属板が使用される。寸法誤差によって段差ができる隣接する端部電極に、厚くて変形しない平面状の金属板を止ネジで固定すると、電池の端部電極を無理に変形させて、電池に無理な力が作用する。中央凸に湾曲しているバスバー５は、全長が長くて湾曲部が変形しやすい。したがって、両端を段差のある端部電極６に固定するとき、湾曲部が変形して段差の歪みを吸収する。このため、電池１に無理な力が作用するのを防止できる。
中央凸に湾曲することでバスバー５は、図４ないし図６に示すように、エンドプレート４の外面との間にリード線７の挿通隙間８ができる。この挿通隙間８を有効に利用して、電池１に接続しているリード線７を挿入している。組電池は、エンドプレート４の間に複数段で複数列に、図４と図７にあっては３段、１４列に電池１を配置している。このエンドプレート４は、上段の電池１に接続しているバスバー５を、エンドプレート４の長手方向、すなわち縦方向（図においては水平方向）に伸びる姿勢で配置し、中間段と下段の電池１に接続している複数のバスバー５をエンドプレート４の横方向（図においては上下方向）に伸びる姿勢として互いに平行に配列している。横方向に配列された複数列のバスバー５とエンドプレート４との間の挿通隙間８に、リード線７を挿通している。リード線７とバスバー５を絶縁するために、図６の拡大断面図に示すように、リード線７の表面を絶縁している。この図のリード線７は、バスバー５との対向面に溝型の絶縁材９を設け、絶縁材９の溝部に金属板からなるリード線７を入れて絶縁している。図４に示すように、リード線７が、これと交差する姿勢にある複数列のバスバー５の内側の挿通隙間８に挿通される構造は、リード線７を複数のバスバー５で位置ずれしないように保持できる。
図４の組電池は、バスバー５の内側の挿通隙間８にリード線７を挿通して、リード線７をエンドプレート４の長手方向に伸びるように配線している。挿通隙間８に挿通されるリード線７は、安全プラグ１１に接続される。図４の組電池は、図において上段左右の端部電極６を出力端子１２に接続して、中間段と下段の中央部の端部電極６を安全プラグ１１に接続している。図４において右端の端部電極６を出力端子１２に接続している出力用のリード線１７は、上段と中間段の端部電極６の間に配線される。中間段の端部電極６に接続しているリード線７は、バスバー５とエンドプレート４の間の挿通隙間８に挿通して配線される。さらに、下段の端部電極６に接続しているリード線７はエンドプレート４の下縁に沿って配線される。この組電池は、エンドプレート４の左端の端部電極６にも出力用のリード線１７を接続して、一対の出力用のリード線１７をコンタクタ（図示せず）に接続する。挿通隙間８に配線されるリード線７と、エンドプレート４の下縁に沿って配線されるリード線７は、安全プラグ１１に接続される。
この組電池の回路図を図８に示す。この組電池は、プラス側とマイナス側の電池ユニット１０の間に、リード線７を介して安全プラグ１１を接続している。さらに、安全プラグ１１を介して直列に接続される電池ユニット１０の正負の出力側には、出力用のリード線１７を介して出力端子１２を接続している。図４ないし図６に示すように、安全プラグ１１に接続される一方のリード線７は、バスバー５とエンドプレート４の間の挿通隙間８に挿通して配線され、他方のリード線７は、エンドプレート４の下縁に配線される。プラス側とマイナス側の出力用のリード線１７は、一方がエンドプレート４の表面であって、上段と中間段の間に配線される。
以上の組電池は、バスバー５とエンドプレート４の間に設けている挿通隙間８に、電池１に直接に接続される大電流を流すリード線７を接続しているが、本発明は、挿通隙間に挿通するリード線を電池に直接に接続される大電流のリード線には特定しない。電池に間接的に接続されるリード線、たとえば電池の電圧や電流や温度を検出するリード線を挿通隙間に配線することもできる。
さらに、エンドプレート４は、図６の拡大断面図に示すように、電池１の端部電極６を挿入する挿入保持部４４を内面に突出して設けている。挿入保持部４４は、電池１の端部を挿入できる筒状で、電池ホルダー２に収納される電池１の端部電極６を挿入している。図６に示す電池１は、両端に電池本体よりも細い端部電極６を設けており、この端部電極６を挿入保持部４４に挿入して定位置に配置している。
外装ケース３は金属ケースで、図３ないし図５、及び図７に示すように、底ケース３１と、この底ケース３１の両側に連結している上ケース３２と、底ケース３１と上ケース３２の両端開口部を閉塞する端面プレート３３とからなる。底ケース３１は、両側に側壁部３１Ａを有する形状に金属板を折曲加工している。その底ケース３１は、図５の断面図に示すように、電池ホルダー２の下方に冷却ダクト１４を設けることができるように、溝型に加工している。上ケース３２は、電池ホルダー２の上面と両側面をカバーでき、かつ電池ホルダー２の上方に冷却ダクト１４を設けることができる溝形に金属板を折曲加工している。上ケース３２は、両側の側壁３２Ａの下端縁を止ネジ等で底ケース３１の両側に固定している。図７の組電池は、この図において、外装ケース３の右端を端面プレート３３で閉塞して、端面プレート３３に、冷却ダクト１４に連結する連結ダクト３４を設けて、連結ダクト３４から冷却する空気を送風する。さらに、図４と図７において、外装ケース３の左端を端面プレート３３で閉塞している。
図５と図７の組電池は、図において電池ホルダー２の上側に流入側の冷却ダクト１４Ａを設け、電池ホルダー２の下側に排出側の冷却ダクト１４Ｂを設けている。この組電池は、流入側の冷却ダクト１４Ａから電池ホルダー２の内部に、電池１を冷却する空気などの流体を流し、これを排出側の冷却ダクト１４Ｂから外部に排気して電池１を冷却する。空気などの流体は、電池１の表面と電池ホルダー２に設けた対向壁２３との間に設けている冷却隙間２７を通過して電池１を冷却する。冷却隙間２７に流動される流体は空気である。ただ、冷却隙間２７に流す流体には、空気以外の気体や液体からなる流体も使用できる。
電池ホルダー２は、両端にエンドプレート４を連結している。電池ホルダー２は、全体をプラスチックで一体的に成形している。電池ホルダー２は、図７の断面図に示すように、外周壁２１の内側に、複数の対向壁２２を互いに平行な姿勢に設けて、対向壁２２の間に複数本の電池１を収納する収納部２３を設けている。電池ホルダー２は、対向壁２２と電池１との間に、電池１を冷却する空気を流動させる冷却隙間２７を設けている。さらに、対向壁２２は、隣接する電池１の谷間に向かって突出する突出部２４を両面に設けて肉厚部を設けている。突出部２４は、対向壁２２の内面を電池１の表面に接近させて、電池１と対向壁２２の内面との冷却隙間２７を狭くする。さらに、図７の電池ホルダー２は、電池１の谷間に向かって突出する突出部２４の突出高さを、風上よりも風下で高くしている。高く突出する突出部２４は、電池１の表面に設ける冷却隙間２７を狭くして流速を速くする。したがって、この構造の電池ホルダー２は、風上と風下の電池１を均一に冷却できる。空気などの流体の温度が風下で上昇しても、速い流速で効率よく冷却するからである。とくに、風下の突出部２４を電池１の表面に沿う形状に成形することで、風下の電池１の表面の広い面積に、空気を高速に送風して電池１を効率よく冷却できる。
図７の電池ホルダー２は、対向する対向壁２２の間に電池１を３列に収納するので、対向壁２２の両側にふたつの突出部２４を設けて、２カ所に肉厚部を設けている。図の対向壁２２は、１列目と２列目に配列される電池１の境界に第１の突出部２４Ａを設けて、２列目と３列目に配列される電池１の境界に第２の突出部２４Ｂを設けている。風下に設けられる第２の突出部２４Ｂは、風上に設けられる第１の突出部２４Ａよりも突出量を大きくしており、その表面を電池１の表面に沿う形状としている。
さらに、電池ホルダー２は、図７の断面図に示すように、電池１を冷却する空気などの流体を通過させる流入口２５と排出口２６を設けている。流入口２５と排出口２６は、電池１の長手方向に伸びるスリット状で、電池１の全体に空気を送風する。流入口２５は各々の収納部２３の両側部に開口され、排出口２６は収納部２３の中央部に開口される。この電池ホルダー２は、各々の収納部２３の両側に設けている流入口２５から流入される空気が、電池１の両側に送風されて、図７において上から下に送風されて、排出口２６から電池ホルダー２の外部に送風される。したがって、この組電池は、流入側の冷却ダクト１４Ａ→流入口２５→冷却隙間２７→排出口２６→排出側の冷却ダクト１４Ｂに空気を強制送風して電池１を冷却する。
以上の組電池は、一対の外周壁２２の間に３列の電池１を収納するので、２箇所に突出部２４を設けている。対向壁の間に２列に電池を収納する組電池は、対向壁の一箇所に突出部を設けることもできる。また、本発明の組電池は、一対の対向壁の間に４列以上に電池を収納する構造であって、対向壁の１ないし３箇所に突出部を設けることもできる。
さらに、電池ホルダー２は、収納部２３の内面に、挿入される電池１を定位置に保持する保持凸部（図示せず）を一体的に成形して設けている。この電池ホルダー２は、電池ホルダー２で電池１を保持し、電池１の両端部をエンドプレート４で定位置に保持するので、各々の電池１を正確な位置に配置できる。
従来の車両用の組電池の斜視図である。 図１に示す車両用の組電池の回路図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の組電池の概略斜視図である。 図３に示す車両用の組電池の上ケースを取り除いた斜視図である。 図３に示す車両用の組電池の横断面図である。 図５に示す車両用の組電池の要部拡大横断面図である。 本発明の一実施例にかかる車両用の組電池の垂直縦断面である。 本発明の一実施例にかかる車両用の組電池の回路図である。
符号の説明
１…電池 １Ａ…素電池
２…電池ホルダー
３…外装ケース
４…エンドプレート
５…バスバー
６…端部電極
７…リード線
８…挿通隙間
９…絶縁材
１０…電池ユニット
１１…安全プラグ
１２…出力端子
１４…冷却ダクト １４Ａ…流入側の冷却ダクト
１４Ｂ…排出側の冷却ダクト
１６…止ネジ
１７…出力用のリード線
２１…外周壁
２２…対向壁
２３…収納部
２４…突出部 ２４Ａ…第１の突出部
２４Ｂ…第２の突出部
２５…流入口
２６…排出口
２７…冷却隙間
３１…底ケース ３１Ａ…側壁部
３２…上ケース ３２Ａ…側壁
３３…端面プレート
３４…連結ダクト
４１…貫通孔
４２…嵌着部
４３…嵌着リブ
４４…挿入保持部
９０…電池ユニット
９１…電池モジュール
９４…エンドプレート
９５…バスバー
９６…端部電極
９７…リード線 ９７Ａ…リード線
９７Ｂ…リード線
９７Ｃ…リード線
９８…出力端子
９９…安全プラグ

Claims (3)

  1. 互いに平行に配置されると共に、電池(1)の端部電極(6)を露出させる貫通孔(41)を設けてなる一対のエンドプレート(4)と、このエンドプレート(4)の間にあって、エンドプレート(4)に直交する姿勢で互いに平行に配設されてなる複数の電池(1)と、貫通孔(41)からエンドプレート(4)の外側に露出してなる電池(1)の端部電極(6)に連結されて隣接する電池(1)を接続してなるバスバー(5)とを備える車両用の組電池であって、
    前記バスバー(5)が、その中間部をエンドプレート(4)の外側に突出するように中央凸に湾曲されてエンドプレート(4)の外面との間にリード線(7)の挿通隙間(8)を設けて、この挿通隙間(8)に前記電池(1)に接続してなるリード線(7)を挿通してなる車両用の組電池。
  2. 前記エンドプレート(4)の間に複数段、複数列に電池(1)を配置して、隣接する前記バスバー(5)が互いに平行に配列され、平行に配列された複数列のバスバー(5)の挿通隙間(8)にリード線(7)を挿通してなる請求項１に記載される車両用の組電池。
  3. 前記エンドプレート(4)の間に配列される電池(1)が、複数の素電池(1A)を直線状に連結してなる電池モジュールである請求項１に記載される車両用の組電池。
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