JP5945785B2 - 車両用蓄電装置および電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両用蓄電装置および電動車両に関する。

従来、動力用途の鉛電池などの二次電池の端子の電気的な接続には、電池の電極に設けられたスタッドボルトに丸型端子を通し、ナットで固定する方法が多く用いられている（例えば、特許文献１の図１を参照）。この構成では、ネジ締結を利用しているため、端子間の安定した接続が得られ、端子間の接触抵抗を小さくすることができる。

また、特許文献２には、バッテリーパックのコネクタを接続する構成において、カムプレートを用いて連結をロックする機構について開示されている。

また、特許文献３には、パワー素子の放熱板の取り付け構造において、フランジ付き円筒状絶縁ワッシャを使用した構成が開示されている。

特開２０１１−１８５３７号公報 特開２０１２−３８５３１号公報 実開平０２−０５８３９４号公報

本出願人らは、電動車両において、走行用のモータに電力を供給する蓄電池を積み替え可能にすることを検討している。このような構成では、蓄電池とケーブル端子との着脱を容易にすることが求められる。

しかしながら、上記従来のネジ締結を利用した構成では、蓄電池を交換する際、ネジを締める作業が煩雑になるという課題がある。また、上記従来のネジ締結を利用した構成では、電極間の接触圧を適切に確保できるような工具を使用しなければならず、この点からも端子接続の作業が煩雑になるという課題がある。走行用モータの駆動電源となる蓄電池では、端子に大電流が流れるため、電極間の接触圧は特に適切に確保する必要がある。

本出願人らは、さらに、電動車両において、蓄電池を頻繁に交換する運用が行われる場合についても検討している。このような運用がなされる場合、端子着脱の耐久回数を多くすることが求められる。

交換の煩雑さを低減するには、着脱容易なコネクタを用いることが検討できる。しかしながら、特許文献２に示されるような一般的なコネクタは、電極を兼ねた板バネのバネ圧により端子の接触圧を得る構成が採用されている。このような構成では、電極が磨耗した場合に所望の接触圧が得られなくなることから、端子着脱の耐久回数を容易に多くできないという課題がある。また、めっき処理により磨耗しにくくする方法もあるが、コストが上がるという課題がある。

本発明の目的は、端子の接続を確実に且つ容易に行うことができ、端子着脱の耐久性の向上を図ることのできる車両用蓄電装置、並びに、このような車両用蓄電装置を備えた電動車両を提供することである。

本発明の一態様に係る車両用蓄電装置は、電気を蓄える蓄電池と、負荷側の接続端子が着脱可能な端子接続部と、を具備し、前記端子接続部は、桿体と、絶縁性を有し、前記桿体に通されたワッシャと、絶縁性を有し且つフランジを有し、前記桿体に通されたスリーブと、前記フランジと前記ワッシャとの間に配置され、前記蓄電池から電源系の電流が出力される出力端子と、前記フランジと前記ワッシャとの間に配置され、前記接続端子が前記端子に重なる状態で前記接続端子を挿入可能な挿抜部と、前記桿体と連結されたカムレバーと、前記桿体が固定される端子台と、前記桿体に対して軸方向に変位可能に取り付けられ、前記カムレバーの操作により変位する従動体と、を具備し、前記挿抜部に前記接続端子が挿入された場合に、前記出力端子と前記桿体との間および前記接続端子と前記桿体との間に前記スリーブが介在し、前記カムレバーが締められた場合に、前記従動体の変位により前記ワッシャを変位させ、前記フランジと前記ワッシャとの間に前記出力端子と前記接続端子とが挟まれて締結される構成を採る。

本発明の一態様に係る電動車両は、走行用のモータと、上記の車両用蓄電装置と、前記接続端子を介して前記車両用蓄電装置と電気的に接続されて、前記モータの動力源となる電流を前記車両用蓄電装置から導く電源ケーブルとを、具備する構成を採る。

本発明によれば、車両用蓄電装置と負荷側の接続端子との接続を確実に且つ容易に行うことができ、且つ、端子着脱の耐久性の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態の車両用蓄電装置を示す斜視図 実施の形態の端子接続部を示す分解斜視図 実施の形態の端子接続部を示す部分断面図 実施の形態の端子接続部のカムレバーを緩めた状態を示す部分断面図 実施の形態の車両用蓄電装置に負荷側の接続端子を接続する手順を示す図 実施の形態の車両用蓄電装置を搭載した電動車両の一例を示す概念図 本発明の実施の形態の車両用蓄電装置の変形例を示す斜視図

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態の車両用蓄電装置を示す斜視図である。

本発明の実施の形態の車両用蓄電装置１は、電動車両１００の走行用の駆動電源である（図６を参照）。車両用蓄電装置１は、図１に示すように、蓄電池１１を内蔵した本体部１０と、負荷側の接続端子５１（図４を参照）が着脱される端子接続部２０と、を備えている。本体部１０には、車両用蓄電装置１を持ち上げるための取っ手１２が設けられている。

蓄電池１１は、特に制限されないが、リチウムイオン電池、または、ニッケル水素電池である。

端子接続部２０は、陽極および陰極の２つの端子を接続する構成を有している。

図２は、実施の形態の端子接続部を示す分解斜視図である。図３および図４は、実施の形態の端子接続部を示す部分断面図である。図３はカムレバー２２を締めた状態、図４はカムレバー２２を緩めた状態を示している。図３および図４の部分断面図では、カムレバー２２、従動体２２ｂ、ロッド２３およびナット２８、２９の各部品は破断せずに示している。

端子接続部２０は、図２に示すように、端子台２１と、カムレバー２２と、ロッド（桿体）２３と、出力端子２４ａを有するバスバー２４と、フランジ２５ａを有するスリーブ２５と、ワッシャ２６と、平ワッシャ２７と、ナット２８，２９と、端子台カバー２１Ａと、挿抜検知端子３１とを備えている。

端子台２１は、端子接続部２０の基部であり、本体部１０に固定される。端子台２１には、図２に示すように、貫通孔２１０と、凹状の保持枠２１１と、スライド面２１２とが設けられている。これらは、陽極端子用と陰極端子用との２組設けられている。貫通孔２１０には、特に制限されないが金属ブッシュ２１０ａ（図３）が埋め込まれている。

貫通孔２１０は、ロッド２３を通す孔である。

保持枠２１１は、ナット２８、平ワッシャ２７、スリーブ２５、出力端子２４ａ、および、ワッシャ２６等の各部品を保持する構成である。

スライド面２１２は、接続端子５１の挿抜時に接続端子５１を誘導する面である。

スリーブ２５は、主に電極（出力端子２４ａおよび接続端子５１）とロッド２３との間の絶縁を確保するための部品であり、絶縁性を有する部材から構成される。また、スリーブ２５は、電極（出力端子２４ａおよび接続端子５１）と平ワッシャ２７およびナット２８との間を絶縁する役割も担う。スリーブ２５は、円筒状のボデー部にフランジ２５ａが放射状に張り出した形態である。スリーブ２５のフランジ２５ａは、ボデー部におけるワッシャ２６の反対側に設けられている。

出力端子２４ａは、例えば円板の中央に貫通孔を有する丸型端子である。出力端子２４ａは、バスバー２４の一端であり、バスバー２４を介して蓄電池１１の電極に電気的に接続されている。

ワッシャ２６は、絶縁性を有する部材から構成される。ワッシャ２６は、負荷側の接続端子５１の接続時には、主にロッド２３または従動体２２ｂと接続端子５１との間の絶縁を確保するための部品となる。また、ワッシャ２６は、負荷側の接続端子５１の未接続時には、主にロッド２３または従動体２２ｂと出力端子２４ａとの間の絶縁を確保するための部品となる。

ワッシャ２６は、所定の厚みを有し、スリーブ２５のフランジ２５ａ側で、且つ、外周部に、傾斜面２６ａ（例えばＣ面）が形成されている（図３）。傾斜面２６ａは、ワッシャ２６の外周に近くなるほど、フランジ２５ａとの間隔が大きくなる向きに傾斜している。傾斜面２６ａは、負荷側の接続端子５１を挿入する際の誘い込みのための形状である。ここで、ワッシャ２６が回転しない構成であり（例えば円形状でなく四角形状など）、且つ、接続端子５１が常に同一方向から差し込まれる構成である場合、傾斜面２６ａは、接続端子５１が挿入される方向にのみあれば良い。ワッシャ２６の厚みについては後に説明する。

ロッド２３は、カムレバー２２による締め付けに耐えるように剛性の高い部材（例えば金属）から構成される。ロッド２３には、ナット２８，２９が螺合するネジＳ（図３）が切られている。

平ワッシャ２７は、ナット２８とフランジ２５ａとの間に介在して、フランジ２５ａの一面を保護し、且つ、カムレバー２２の締付力を面方向に均一にする役割をなす。

カムレバー２２は、ロッド２３に回動可能に連結され、支点側にカム面２２ａを有している。カム面２２ａは、回動軸に対して偏心しており、従動体２２ｂに接触している。従動体２２ｂは、ロッド２３に対して軸方向に変位可能に取り付けられている。この構成により、カムレバー２２が倒れることで、カム面２２ａが従動体２２ｂを押込み（図３）、カムレバー２２が立ち上がることで、カム面２２ａの従動体２２ｂの押込みが緩められる（図４）。

挿抜検知端子３１は、負荷側の接続端子５１の抜き差しを検知する端子である。挿抜検知端子３１は、端子台２１の所定部位に設置される。

端子台カバー２１Ａは、カムレバー２２等を外部に露出させた状態で、端子台２１の上面を覆うカバー部品である。端子台カバー２１Ａが固定されると、端子台２１と端子台カバー２１Ａとの間には、負荷側の接続端子５１が挿抜されるスリット２１３が形成される。

各部品は、次のように組み付けられている。

ロッド２３には、従動体２２ｂの側から、ワッシャ２６、出力端子２４ａ、スリーブ２５、および、平ワッシャ２７が通されて、ナット２８が螺合されている。そして、ロッド２３が端子台２１の貫通孔２１０に通されてナット２９により締結されている。

スリーブ２５の円筒状のボデー部は、出力端子２４ａと、ワッシャ２６とに通される。スリーブ２５の先端は、負荷側の接続端子５１が挿入されているときに、ワッシャ２６の途中の位置まで通される。

出力端子２４ａは、スリーブ２５のフランジ２５ａとワッシャ２６との間に配置される。さらに、出力端子２４ａとロッド２３との間にはスリーブ２５が介在する。

負荷側の接続端子５１は、外部から出力端子２４ａとワッシャ２６との間に挿抜される。この出力端子２４ａとワッシャ２６との間が挿抜部に相当する。接続端子５１の挿抜部は、スリーブ２５のフランジ２５ａとワッシャ２６との間で、且つ、出力端子２４ａと重なり合う配置とされる。挿抜部に挿入された接続端子５１とロッド２３との間には、スリーブ２５が介在する。

これらの構成により、ロッド２３は、電池電圧が印加される出力端子２４ａおよび接続端子５１から絶縁される。スリーブ２５のフランジ２５ａにより、ロッド２３および端子２４ａ，５１間の絶縁距離は、空間距離および沿面距離ともに十分に確保することができる。また、スリーブ２５をワッシャ２６に通すことにより、ワッシャ２６側においても、ロッド２３と端子２４ａ，５１との間の沿面距離を長くして、絶縁距離をより十分に確保することができる。

なお、平ワッシャ２７が金属である場合、平ワッシャ２７とロッド２３とが接触していることから、出力端子２４ａおよび平ワッシャ２７間の絶縁距離も大きくする必要がある。この実施の形態では、スリーブ２５のフランジ２５ａが厚く構成されていることで、出力端子２４ａおよび平ワッシャ２７間の絶縁距離が十分に確保できている。さらに、スリーブ２５のフランジ２５ａにリブを設けることにより、出力端子２４ａおよび平ワッシャ２７間の空間距離をさらに広げて、出力端子２４ａおよび平ワッシャ２７間の絶縁距離をより大きく確保してもよい。

ナット２８，２９によるロッド２３の締結は、貫通孔２１０の金属ブッシュ２１０ａを介して強固に行われる。ナット２８，２９の締結位置は調整可能であり、これにより、ナット２８から従動体２２ｂまでの間隔を調整することができる。

ナット２８，２９の締結位置の最適な調整は、一例として、次のように実現できる。すなわち、作業者は、ロッド２３を端子台２１に通す前に、実際に使用される接続端子５１、或いは、接続端子５１の厚みを模擬した治具を、出力端子２４ａと重ねて、スリーブ２５のフランジ２５ａとワッシャ２６との間に挟み、カムレバー２２を倒す。次いで、作業者は、この状態で、必要な軸力が生じる締付トルクでナット２８を締め付ける。その後、作業者は、この状態のまま、ロッド２３等を端子台２１に通してナット２９を締め付け、これらを端子台２１に固定する。このような締結法により、作業者は、スリーブ２５のフランジ２５ａおよびワッシャ２６間に適切なクリアランスが生じるように設定することができる。すなわち、カムレバー２２を倒したときに、所定の圧力で接続端子５１と出力端子２４ａとが押圧されるようなクリアランスが生じるように、設定することができる。

端子台カバー２１Ａは、カムレバー２２と従動体２２ｂとを外部に露出させた状態で、端子台２１の上面に固定される。端子台カバー２１Ａにより、バスバー２４、出力端子２４ａ、および、挿抜検知端子３１は、外部に露出しないように覆われる。

［ワッシャの厚みとカムレバーの押込み量との関係］
図３および図４に示すように、カムレバー２２を操作することで、従動体２２ｂを所定の押込み量Ｌ１で押し込むことができる。

ワッシャ２６は、カムレバー２２による押込み量Ｌ１より大きな厚みを有する。

スリーブ２５は、少なくとも接続端子５１が挿入された状態で、スリーブ２５の先端がワッシャ２６の穴の途中に位置するように通されている。

このような構成により、カムレバー２２が操作されて従動体２２ｂが変位しても、スリーブ２５がワッシャ２６から完全に抜けることなく、且つ、ワッシャ２６からスリーブ２５の先端がはみ出ることなく、ワッシャ２６を変位させることができる。そして、このような従動体２２ｂおよびワッシャ２６の変位により、出力端子２４ａおよび接続端子５１を強固に挟み込んで両者を締結させることが可能となり、さらに、この締結を緩めて接続端子５１を挿抜することが可能となる。

［端子接続手順］
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、実施の形態の車両用蓄電装置に負荷側の接続端子を接続する手順を示す図である。

ここでは、負荷側の接続端子５１を車両用蓄電装置１に接続する手順を説明する。

接続端子５１は、陽極端子と陰極端子と２つあり、それぞれ２つのケーブル５２に接続されている。接続端子５１は、先端がＵ字状に開放された先開端子である。特に制限されないが、２つの接続端子５１は、所定間隔を開けて並んだ状態でブラケット５０に固定されている。ブラケット５０には、さらに挿抜検知用端子５５が固定されている。

挿抜検知用端子５５は、ブラケット５０を逆さにしたときに、位置が変化するような配置に設けられている。このような構成とすることで、ブラケット５０に固定された２つの接続端子５１を車両用蓄電装置１に接続する際、接続端子５１の正極と負極とを間違えて接続してしまうことが防止されるようになっている。なお、挿抜検知を行わない場合には、正極と負極とが間違えて接続されないように、ブラケット５０に同様の突起構造を設け、端子台２１にこの突起を受ける構造を設けるとよい。

端子接続工程においては、先ず、図５（Ａ）に示すように、作業者は、カムレバー２２を立てて、カムレバー２２による締め付けを緩める。

図３と図４との比較から分かるように、カムレバー２２を立てると（図４）、カム面２２ａの従動体２２ｂへの押し付けが開放されて、従動体２２ｂとナット２８との間隔が広くなる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、作業者は、接続端子５１をスリット２１３に通して、接続端子５１を出力端子２４ａとワッシャ２６との間に挿入する。出力端子２４ａとワッシャ２６との間隔が狭くなっていても、ワッシャ２６の傾斜面２６ａによる誘導により、この間隔を広げて接続端子５１を挿入することができる。カムレバー２２の操作により従動体２２ｂとナット２８との間隔が広くされていることで、この挿入が可能となる。

ブラケット５０により、２つの接続端子５１は２つのスリット２１３へ同時に挿入できる。このとき、ブラケット５０側の挿抜検知用端子５５は、スリット２１４を介して端子接続部２０の挿抜検知端子３１に接続され、接続端子５１の挿抜を電気信号で伝えることが可能となる。

続いて、図５（Ｃ）に示すように、作業者は、カムレバー２２を倒す。これにより、カム面２２ａが従動体２２ｂを押し付けて、出力端子２４ａと接続端子５１とが大きな圧力で締結される。

カムレバー２２は、接続端子５１のブラケット５０が接続される方向に倒れる構成であり、カムレバー２２が倒れたときにカムレバー２２はブラケット５０から大きくはみ出さない。この構成により、車両用蓄電装置１を設置するスペースが小さくても、カムレバー２２が邪魔になることがない。

［車両の構成］
図６は、実施の形態の車両用蓄電装置を搭載した電動車両の一例を示す概念図である。

実施の形態の電動車両１００は、走行用のモータ１１０と、車両用蓄電装置１と、電源ケーブル１０８とを備える。また、電動車両１００は、インバータ１０９と、電池搭載スペース１０５とを備える。

電池搭載スペース１０５は、例えばシートの下方に設けられ、シートを動かすことで、スペース上方が外部に露出して車両用蓄電装置１を積み替えることが可能になっている。

電源ケーブル１０８は、接続端子５１およびケーブル５２を介して、車両用蓄電装置１に電気的に接続して、モータ１１０の駆動電源となる電流をインバータ１０９へ導く。

インバータ１０９は、モータ１１０へ駆動電流を出力してモータを駆動する。

以上のように、本実施の形態の車両用蓄電池装置１によれば、出力端子２４ａと負荷側の接続端子５１との接続は、カムレバー２２により両者を大きな圧力で挟み込むことで遂行される。よって、端子間の接触抵抗を小さくして、端子部分に大きな電流を流すことができる。

また、端子の挟み込みを強く行えるようにするために、カムレバー２２およびロッド２３を金属から構成した場合、これらを出力端子２４ａおよび接続端子５１から絶縁する必要が生じる。本実施の形態では、フランジ２５ａを有するスリーブ２５、および、ワッシャ２６により、これらの絶縁を十分に行うことができる。

また、接続端子５１の挿抜は、カムレバー２２により接続端子５１と出力端子２４ａとの締め付けが開放された状態で行うことができる。よって、挿抜時に端子同士が強く擦れ合うことがなく、また、板バネのように端子が曲げられることもない。よって、端子の磨耗が生じ難く、端子挿抜の耐久性を向上することができる。

また、ワッシャ２６が一定の厚みを有し、スリーブ２５の先端がワッシャ２６の途中に位置する構成により、ロッド２３および端子間の絶縁性を十分に確保した上で、カムレバー２２の押込み量を十分に確保することが可能となる。これにより、接続端子５１の挿抜時におけるカムレバー２２の緩み量も十分に確保でき、端子挿抜の耐久回数を大幅に上昇させることができる。

［変形例］
図７は、本発明の実施の形態の車両用蓄電池装置の変形例を示す斜視図である。

この変形例は、陽極端子の接続部を押圧するためのカムレバー部２２Ａａと、陰極端子の接続部を押圧するためのカムレバー部２２Ａｂとを、互いに結合させて、一体的なカムレバー２２Ａとした構成である。他の構成要素は、図１の実施の形態と同様である。図７では、レバーの先端部分が結合された構成を示しているが、結合部位は、レバーの中程、根本近傍、これらの組み合わせ、或いは、レバーの全域など、変更可能である。

この構成によれば、一回のカムレバー操作により、陽極と陰極との２つの端子接続部の締め付けまたは開放を同時に行うことができる。

また、この構成によれば、カムレバー２２Ａに、ロッド２３の軸を中心とした回転方向に大きな力が加えられた場合でも、ロッド２３の回転を抑制できるという効果が得られる。ロッド２３が軸を中心とした回転方向に回転してしまうと、ナット２８，２９による締付力が変化してしまう可能性が生じるが、本変形例によれば、このような可能性をほぼ完全に排除することができる。

なお、図１の構成においても、例えば、ロッド２３またはカムレバー２２と、端子台２１とに、ロッド２３の軸を中心とした回転を抑止する係止部（一方に凸状突起と、他方に凹状溝など）を設けて、回転が抑止されるように構成してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記実施の形態では、カムレバーは従動体を有する構成としたが、従動体を省略し、カムレバーのカム面がワッシャを直接に押す構成としてもよい。また、ワッシャ２６は、一体の構成とせず、複数のワッシャを積み重ねた構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、陰極と陽極の２組の端子に対応させて２つのカムレバーを有する構成としたが、１つのカムレバーにより２組の端子を接続する構成としてもよい。

本発明は、電動車両、および、電動車両に搭載される車両用蓄電装置に利用可能である。

１ 車両用蓄電装置
１０ 本体部
１１ 蓄電池
２０ 端子接続部
２１ 端子台
２２，２２Ａ カムレバー
２３ ロッド（桿体）
２４ａ 出力端子
２５ スリーブ
２５ａ フランジ
２６ ワッシャ
２６a 傾斜面
５０ ブラケット
５１ 接続端子
Ｌ１ 押込み量
１００ 車両
１０５ 電池搭載スペース
１０８ 電源ケーブル
１１０ モータ

Claims (8)

1. 電気を蓄える蓄電池と、
   負荷側の接続端子が挿抜可能な端子接続部と、
   を具備し、
   前記端子接続部は、
   桿体と、
   絶縁性を有し、前記桿体に通されたワッシャと、
   絶縁性を有し且つフランジを有し、前記桿体に通されたスリーブと、
   前記フランジと前記ワッシャとの間に配置され、前記蓄電池から電源系の電流が出力される出力端子と、
   前記フランジと前記ワッシャとの間に配置され、前記接続端子を挿抜可能な挿抜部と、
   前記桿体と連結されたカムレバーと、
   前記桿体が固定される端子台と、
   前記桿体に対して軸方向に変位可能に取り付けられ、前記カムレバーの操作により変位する従動体と、
   を具備し、
   前記挿抜部に前記接続端子が挿入された場合に、前記出力端子と前記桿体との間および前記接続端子と前記桿体との間に前記スリーブが介在し、
   前記カムレバーが締められた場合に、前記従動体の変位により前記ワッシャを変位させ、前記フランジと前記ワッシャとの間に前記出力端子と前記接続端子とが挟まれて締結される、
   車両用蓄電装置。
2. 前記ワッシャは、前記カムレバーのカムの押込み量より大きな厚みを有し、
   前記スリーブは、前記接続端子が前記挿抜部へ挿入された状態で、前記ワッシャの途中まで通され、
   前記接続端子が前記挿抜部へ挿入されて前記カムレバーが緩められた状態から締められた状態へ変化する間、前記スリーブの先端は、前記ワッシャの穴の中で変位して、前記ワッシャの穴からはみ出さない、
   請求項１記載の車両用蓄電装置。
3. 前記ワッシャの前記フランジに対向する側には、外周に近づくほど前記フランジとの間隔が大きくなる傾斜面を有する、
   請求項１記載の車両用蓄電装置。
4. 前記出力端子は、車両走行用のモータの動力源となる電流を出力する端子である、
   請求項１記載の車両用蓄電装置。
5. 走行用のモータと、
   請求項１記載の車両用蓄電装置と、
   前記接続端子を介して前記車両用蓄電装置と電気的に接続されて、前記モータの動力源となる電流を前記車両用蓄電装置から導く電源ケーブルとを、
   を具備する電動車両。
6. 前記車両用蓄電装置は積み替え可能な構成である、
   請求項５記載の電動車両。
7. 前記ワッシャは、前記カムレバーのカムの押込み量より大きな厚みを有し、
   前記スリーブは、前記接続端子が前記挿抜部へ挿入された状態で、前記ワッシャの途中まで通され、
   前記接続端子が前記挿抜部へ挿入されて前記カムレバーが緩められた状態から締められた状態へ変化する間、前記スリーブの先端は、前記ワッシャの穴の中で変位して、前記ワッシャの穴からはみ出さない、
   請求項５記載の電動車両。
8. 前記ワッシャの前記フランジに対向する側には、外周に近づくほど前記フランジとの間隔が大きくなる傾斜面を有する、
   請求項５記載の電動車両。

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