JP5896813B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、積層された複数の電池セルを有する電源装置に関する。
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車には、電動モータの駆動源として電源装置が搭載される。そして、従来より種々の電源装置が提案されており（特許文献１、２参照）、本出願人も図１１に示す電源装置を提案した。
この電源装置１００は、図１１に示すように、積層された複数の電池セル１０２，１０３を有し、隣り合う電池セル１０２，１０３の互いの電極１０２ｂ，１０３ｂ同士が対向して配置された電池集合体１０１と、電池集合体１０１の電極１０２ｂ，１０３ｂが突出された側に配置された電池連結ブロック体１１０とを備えている。
電池連結ブロック体１１０は、絶縁ケース本体１１１と、この絶縁ケース本体１１１に固定された中継端子１１２と、絶縁ケース本体１１２内に固定された基板１１３とを備えている。中継端子１１２は、バスバーより形成されている。中継端子１１２は、基板１１３の外面側に突出されている。基板１１３には、電圧検出用の回路パターン部（図示せず）が形成されている。基板１１３には、各中継端子１１２の位置に電極挿入孔１１３ａが形成されている。各電極挿入孔１１３ａより電池セル１０１，１０３の電極１０２ａ，１０３ａが基板１１３の外面側に突出されている。基板１１３の外面側に突出された各電極１０２ａ，１０３ａが中継端子１１２の上下面に重なり合う状態で配置されている。各電極１０２ａ，１０３ａと中継端子１１２は、固定されている。このように電極１０２ａ，１０３ａが接続された中継端子１１２は、基板１１３の電圧検出用の回路パターン部に電線Ｗ１を介して接続されている。中継端子１１２と電線Ｗ１は、通常、半田付けによって固定される。以上の構成により、各電池セル１０２，１０３の出力状態を検出することができる。
特開２０１０−５５８８５号公報 特開２０１０−５５８８５号公報
しかしながら、前記従来の電源装置１００では、電池セル１０２，１０３又は基板１１３が故障したり、破損したりして交換する場合、中継端子１１２と電線Ｗ１間が半田付け等されているので、電池集合体１０１と電池連結ブロック体１１０を簡単に分解することができない。そのため、電池集合体１０１と電池連結ブロック体１１０の両方を一体として交換しており、交換コストがかかる等の問題があった。電池集合体と電池連結ブロック体を簡単に別々に交換できる構造が要望されている。
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、電池集合体と電池連結ブロック体を簡単に別々に交換できる電源装置を提供することを目的とする。
本発明は、電極が突出された電池セルが複数積層された電池集合体と、前記電池集合体の前記電極が突出された側に配置され、電圧検出用の回路パターン部が設けられていると共に端子挿入孔が設けられた基板を有する電池連結ブロック体と、前記電池セルの前記電極に接続され、前記端子挿入孔より前記基板の外面側に突出された電池側中継端子と、電圧検出用の前記回路パターン部に接続され、前記基板の外面側に突出された基板側中継端子と、前記電池側中継端子と前記基板側中継端子の双方を挟持するクリップとを備えたことを特徴とする電源装置である。
前記電池側中継端子は、電極接続部を有し、前記電極接続部の両面に前記電極がそれぞれ固定されることが好ましい。前記電池側中継端子は、連結部で連結された前記電極接続部を複数有し、前記各電極接続部には、前記電池セルの前記電極がそれぞれ接続されることが好ましい。前記連結部には、前記各電極接続部の内面側に開口する電極挿通孔が設けられることが好ましい。
本発明によれば、クリップを取り外すと基板側中継端子と電池側中継端子間の接続が外れ、基板の端子挿入孔より電池側中継端子を引き抜くことができ、これにより電池集合体と電池連結ブロック体の組み付け状態を解除できる。電池集合体と電池連結ブロック体を組み付ける場合には、上記とほぼ逆の作業で行うことができる。以上より、電池集合体と電池連結ブロック体を簡単に別々に交換できる。
本発明の一実施形態を示し、電源装置の全体斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、電池セルの電極と基板の回路パターン部の接続構造を示す要部断面図である。 本発明の一実施形態を示し、電池集合体の斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は第１電池セルの斜視図、（ｂ）は第２電池セルの斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は第１の電極側中継端子の斜視図、（ｂ）は第２の電極側中継端子の斜視図、（ｃ）はクリップの斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）、（ｂ）は見る方向が異なるが基板側中継端子の各斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、基板側中継端子が基板に固定された状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は電池集合体と電池連結ブロック体の組付け工程を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ１部拡大図である。 本発明の一実施形態を示し、（ａ）は電池集合体と電池連結ブロック体の組付け工程を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ２部拡大図である。 本発明の一実施形態を示し、電池集合体と電池連結ブロック体の組付け完了時の斜視図である。 従来例を示し、（ａ）は電源装置の斜視図、（ｂ）は電池セルの電極と基板の回路パターン部の接続構造を示す要部断面図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図１０は本発明の一実施形態を示す。図１に示すように、電源装置Ａは、積層された複数（１２個）の電池セル２，３から成る電池集合体１と、この電池集合体１の両側に配置された一対の電池連結ブロック体１０，２０と、一対の電池連結ブロック体１０，２０間に接続されたフラットケーブル４０とを備えている。
電池集合体１は、１２個の電池セル２，３より構成されている。電池集合体１は、図３に詳しく示すように、４つの電池セル２，３を並列接続する３組の電池セル群ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３に分けられ、この３組の電池セル群ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３が直列接続されている。
各電池セル２，３は、扁平長方形のセル本体２ａ，３ａ（図４（ａ）、（ｂ）に示す）と、その左右の側面より突出された一対の電極（プラス電極とマイナス電極）２ｂ，３ｂを有する。各電極２ｂ，３ｂは、電池セル２，３を表裏逆転配置しても上下の向きが異なるのみで、平面視で同じ位置に位置するよう設定されている。各電極２ｂ，３ｂは、薄膜形状（板状）である。各電極２ｂ，３ｂは、裏面側に向かって突出している。
電池セル２，３としては、その電極２ｂ，３ｂの突出高さが異なる２種類のもの、つまり、第１電池セル２と第２電池セル３が使用されている。第１電池セル２は、図４（ａ）に示すように、電極２ｂの突出高さＨ１が低い。第２電池セル３は、図４（ｂ）に示すように、電極３ｂの突出高さＨ２が高い。積層された１２個の電池セル２，３は、上から順に第１電池セル群ＳＧ１、第２電池セル群ＳＧ２、第３電池セル群ＳＧ３を構成している。各電池セル群ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３内の電池セル２，３の積層パターンについては、下記に詳述する。
一方の電池連結ブロック体１０は、絶縁ケース本体１１と、絶縁ケース本体１１の枠内に配置された基板１２と、絶縁ケース本体１１の枠内を外面側より被う絶縁カバー１３とを有する。
図２に示すように、絶縁ケース本体１１には、２箇所に端子挿入孔１１ａが設けられている。基板１２にも、絶縁ケース本体１１の端子挿入孔１１ａと同じ位置に端子挿入孔１４が設けられている。
基板１２には、電圧検出用の回路パターン部（図示せず）が形成されている。回路パターン部は、各端子挿入孔１４の近くに電極用ランド部１５をそれぞれ有する。基板１２の各電極用ランド部１５の位置には、スルーホール１２ａが形成されている。このスルーホール１２ａの左右位置には、一対の固定孔１２ｂが形成されている。
絶縁カバー１３は、４つの分割カバー部１３ａ〜１３ｄより構成されている。両端の分割カバー部１３ａ，１３ｄは、絶縁ケース本体１１に装着されている。中央の２つの分割カバー部１３ｂ，１３ｃは、両端の分割カバー部１３ａ，１３ｄにそれぞれ回転自在に支持されている。中央の２つの分割カバー部１３ｂ，１３ｃを開位置にすると、図１等に示すように、基板１２の外面側が露出される。中央の２つの分割カバー部１３ｂ，１３ｃを閉位置とすると、図１０に示すように、基板１２の外面側を塞ぐ。閉位置では、中央の２つの分割カバー部１３ｂ，１３ｃは、絶縁ケース本体１１に装着される。これにより、一方の電池連結ブロック体１０は、電池集合体１の一方側に突出する電極２ｂ，３ｂの絶縁を行っている。
他方の電池連結ブロック体２０は、一方の電池連結ブロック体１０とほぼ同様の構成であり、絶縁ケース本体２１と、基板（図示せず）と絶縁カバー２２を有する。他方の電池連結ブロック体２０は、電池集合体１の他方側に突出する電極２ｂ，３ｂの絶縁を行っている。他方の電池連結ブロック体２０側より得られた各電極の電圧は、フラットケーブル４０を介して一方の電池連結ブロック体１０の基板１２に導かれる。
次に、電池セル２，３の各電極２ｂ，３ｂと基板１２の電圧検出用の回路パターン部（図示せず）との接続構造について説明する。この接続構造は、第１及び第２の電池側中継端子１６，１７と基板側中継端子１８とクリップ１９とを使用する。第１の電池側中継端子１６は、図５（ａ）に詳しく示すように、導電性金属製のバスバーより形成されている。第１の電池側中継端子１６は、間隔を置いて平行に配置された２つの電極接続部１６ａと、この２つの電極接続部１６ａ，１６ｂを連結する連結部１６ｃと、一方の電極接続部１６ａより突出されたタブ部１６ｄとからなり、略コ字形状である。連結部１６ｃの各電極接続部１６ａ，１６ｂの内面近くの位置には、電極挿通孔１６ｅがそれぞれ形成されている。この各電極挿通孔１６ｅを利用して各電極接続部の１６ａ，１６ｂ内面側に電極２ｂ，３ｂを挿入できるようになっている。これにより、各電極接続部１６ａ，１６ｂの両面には、電極２ｂ，３ｂが配置できるようになっている。
第２の電池側中継端子１７は、図５（ｂ）に詳しく示すように、導電性金属製のバスバーより形成されている。第２の電池側中継端子１７は、単一の電極接続部１７ａと、この電極接続部１６ａより突出されたタブ部１６ｂとからなり、フラット形状である。電極接続部１７ａの両面には、電極２ｂ，３ｂが配置できる。
基板側中継端子１８は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、導電性金属製のバスバーより形成されている。基板側中継端子１８は、ベースプレート部１８ａと、このベースプレート部１８ａの両側端より折り曲げられた一対の基板挿入プレート部１８ｂと、ベースプレート部１８ａの中央位置より折り曲げられ、基板挿入プレート部１８ｂと同じ方向に突出する基板接続ピン部１８ｃと、ベースプレート部１８ａの上端より折り曲げられたタブ部１８ｄとを備えている。図７に示すように、一対の基板挿入プレート部１８ｂが基板１２の固定用孔１２ｂに挿入され、基板接続ピン部１８ｃが基板１２のスルーホール１２ａに挿入されている。そして、基板接続ピン部１８ｃと電圧検出用の回路パターン部の電極用ランド部１５が半田付けによって接続されている。
クリップ１９は、図５（ｃ）に詳しく示すように、導電性金属材より形成されている。クリップ１９は、一対の挟持アーム部１９ａを有し、一対の挟持アーム部１９ａ内に挿入された電池側中継端子１６，１７と基板側中継端子１８の双方のタブ部１６ｄ，１７ｂを挟み込んで双方のタブ部１６ｄ，１７ｂを密着接続する。装着されたクリップ１９は、双方のタブ部１６ｄ，１７ｂより引き離すことによって取り外し可能である。
次に、電池セル２，３の積層パターンを説明する。積層された１２個の電池セル２，３は、上から順に第１電池セル群ＳＧ１、第２電池セル群ＳＧ２、第３電池セル群ＳＧ３を構成している。各電池セル群の４個の電池セル２，３は、内側の２個を第１電池セル２とし、外側の２個を第２電池セル３とし、互いに対向する電極２ｂ，３ｂ同士が同じ極で、且つ、互いの電極２ｂ，３ｂの突出方向が互いに向かい合う方向となる配列で積層されている。
これにより、図２に示すように、第１電池セル群ＳＧ１の一方側では、第２の電池側中継端子１７の電極接続部１７ｂの位置を基準として上方側（一方側）に配置された電池セル２，３の電極２ｂ，３ｂが電極接続部１７ａの上面（一方の面）に重なり合って配置され、下方側（他方側）に配置された電池セル２，３の電極２ｂ，３ｂが電極接続部１７ａの下面（他方の面）に重なり合って配置されている。
第２電池セル群ＳＧ２と第３電池セル群ＳＧ３の一方側では、第１の電池側中継端子１６の電極接続部１６ａ,１６ｂの位置を基準として上方側（一方側）に配置された電池セル２，３の電極２ｂ，３ｂが電極接続部１６ａ，１６ｂの上面（一方の面）に重なり合って配置され、下方側（他方側）に配置された電池セル２，３の電極２ｂ，３ｂが電極接続部１６ａ，１６ｂの下面（他方の面）に重なり合って配置されている。
第１電池セル群ＳＧ１と第２電池セル群ＳＧ２の他方側では、図示していないが、各電極２ｂ，３ｂが第１の電池側中継端子１６の各電極接続部１６ａ，１６ｂに上記と同様の状態でそれぞれ配置され、第３電池セルＳＧ３の他方側では、各電極２ｂ，３ｂが第２の電池側中継端子１７の電極接続部１７ａに上記と同様の状態でそれぞれ配置される。
第１及び第２の電池側中継端子１６，１７と複数の電極２ｂ，３ｂは、溶接等によって接続される。
基板１２には、各電池セル２，３の両側の電極位置の電圧情報が導かれる。そして、これら情報に基づいて各電池セル２，３の出力電圧等に関する異常の有無が判断される。
又、一対の電池連結ブロック体１０，２０の各絶縁ケース本体１１，２１には、一対の出力用端子３０，３１が設けられている。一対の出力用端子３０，３１より電源装置Ａの出力が得られる。
次に、電源装置Ａの組み付け作業の概略を説明する。電池集合体１の電極２ｂ，３ｂの集合箇所には、第１及び第２の電池側中継端子１６，１７が接続されている。基板１２には基板側中継端子１８が接続されているものとして説明する。
一方の電池連結ブロック体１０を電池集合体１の一方側に正対する方向から近づけ、第１及び第２の電池側中継端子１６，１７を絶縁ケース本体１１及び基板１２の各端子挿入孔１１ａ，１４に挿入する。これにより、第１及び第２の電池側中継端子１６，１７の各タブ部１６ｄ，１７ｂは、基板１２の外面側に突出され、且つ、基板側中継端子１８の各タブ部１８ｄの密着位置若しくは近接位置に配置される（図８（ａ）、（ｂ）参照）。次に、第１及び第２の電池側中継端子１６，１７と基板側中継端子１８の双方のタブ部１６ｄ，１７ｂをクリップ１９で挟み込み、クリップ１９を装着する（図９（ａ）、（ｂ）参照）。次に、中央の分割カバー部１３ｂ、１３ｃを閉位置とし、絶縁ケース本体１１内の基板１３を絶縁カバー１３で塞ぐ（図１０参照）。
他方の電池連結ブロック体２０の組み付けも、一方の電池連結ブロック体１０の組み付けと略同様の作業で行うことができ、これで完了する。
以上説明したように、電源装置Ａは、電池集合体１と、電池集合体１の電極２ｂ，３ｂが突出された側に配置され、電圧検出用の回路パターン部が設けられていると共に端子挿入孔１４が設けられた基板１２を有する電池連結ブロック体１０，２０と、電池セル２，３の電極２ｂ，３ｂに接続され、端子挿入孔１４より基板１２の外面側にタブ部１６ｄ，１７ｂが突出された電池側中継端子１６，１７と、電圧検出用の回路パターン部に接続され、基板１２の外面側にタブ部１８ｄが突出された基板側中継端子１８と、電池側中継端子１６，１７と基板側中継端子１８の双方のタブ部１６ｄ，１７ｂ，１８ｄを挟持し、双方のタブ部１６ｄ，１７ｂ，１８ｄを接触させるクリップ１９とを備えている。
従って、クリップ１９を取り外すと第１及び第２の電池側中継端子１６，１７と基板側中継端子１８間の接続が外れ、基板１２の端子挿入孔１４より第１及び第２の電池側中継端子１６，１７を引き抜くことができ、これにより電池集合体１と電池連結ブロック体１０，２０の組み付け状態を解除できる。電池集合体１と電池連結ブロック体１０，２０を組み付ける場合には、上記とほぼ逆の作業で行うことができる。以上より、電池集合体１と電池連結ブロック体１０，２０を簡単に別々に交換できる。
クリップ１９の装着位置は、基板１２の外側であるため、クリップ１９の装着・取り外し作業が容易にできる。
各電池セル群ＳＧ１〜ＳＧ３の電極２ｂ，３ｂは、電極接続部の両面に分割配置されるため、電極２ｂ，３ｂの重ね枚数が削減され、電極接続部と各電池セル群ＳＧ１〜ＳＧ３の電極２ｂ，３ｂとの接続に要するエネルギーを小さくできる。
電池セル群ＳＧ１〜ＳＧ３内の電池セル２，３の個数が４個であるが、電池セル群ＳＧ１〜ＳＧ３内の電池セル２，３の個数は４個以外の個数（１個を含む）であっても良い。
第１の電池側中継端子１６は、連結部１６ｃを介して連結される２つの電極接続部１６ａ，１６ｂを有する。従って、２つの電池セル群（ＳＧ２とＳＧ３の組み合わせ、ＳＧ１とＳＧ２の組み合わせ）内の各電池セル２，３同士をそれぞれ並列接続し、且つ、２つの電池セル群（ＳＧ２とＳＧ３の組み合わせ、ＳＧ１とＳＧ２の組み合わせ）間を直列接続できる。
第１の電池側中継端子１６は、２つの電極接続部１６ａ，１６ｂを有するが、３つ以上の電極接続部１６ａ，１６ｂを有するものであっても良い。
連結部１６ｃには、各電極接続部１６ａ，１６ｂの内面側に開口する電極挿通孔１６ｅが設けられている。従って、連結部１６ｃの外面側から電極２ｂ，３ｂを挿入できるため、第１の電池側中継端子１６と電極２ｂ，３ｂ間の接続作業性（例えば溶接作業性）が良い。
Ａ 電源装置
２，３ 電池セル
２ｂ、３ｂ 電極
１０，２０ 電池連結ブロック体
１２ 基板
１４ 端子挿入孔
１６ 第１の電池側中継端子
１６ａ，１６ｂ，１７ａ 電極接続部
１６ｃ 連結部
１６ｅ 電極挿入孔
１７ 第２の電池側中継端子
１８ 基板側中継端子
１９ クリップ

Claims (4)

  1. 電極が突出された電池セルが複数積層された電池集合体と、
    前記電池集合体の前記電極が突出された側に配置され、電圧検出用の回路パターン部が設けられていると共に端子挿入孔が設けられた基板を有する電池連結ブロック体と、
    前記電池セルの前記電極に接続され、前記端子挿入孔より前記基板の外面側に突出された電池側中継端子と、
    電圧検出用の前記回路パターン部に接続され、前記基板の外面側に突出された基板側中継端子と、
    前記電池側中継端子と前記基板側中継端子の双方を挟持するクリップとを備えたことを特徴とする電源装置。
  2. 請求項１記載の電源装置であって、
    前記電池側中継端子は、電極接続部を有し、前記電極接続部の両面に前記電極がそれぞれ固定されていることを特徴とする電源装置。
  3. 請求項２記載の電源装置であって、
    前記電池側中継端子は、連結部で連結された前記電極接続部を複数有し、
    前記各電極接続部には、前記電池セルの前記電極がそれぞれ接続されていることを特徴とする電源装置。
  4. 請求項３記載の電源装置であって、
    前記連結部には、前記各電極接続部の内面側に開口する電極挿通孔が設けられていることを特徴とする電源装置。
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