JP6019649B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電素子を収納容器に構成してなる電源装置に関する。

二次電池は、一次電池の置きかえ用途はもとより、携帯電話、ＩＴ機器などの電子機器の電源として広く普及している。とりわけ、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池は、高エネルギー密度であることから、電気自動車や産業用大型電気機器への応用も進められており、この場合、更なる高電圧を得るために、複数の非水電解質二次電池をスタックして１個の電源を構成することも行われている（例えば、特許文献１、図１を参照）。

図１０は、従来の技術による、複数の単電池から構成された電源装置の模式的な構成を示す分解斜視図である。図１０に示すように、電源装置１００は、組電池１１０と、開口１２１を有する開口箱状の収納容器１２０と、蓋部１３０とから構成される。

組電池１１０は、外形六面体の単電池１１１を、それぞれ正面と背面が対向するように複数配列したスタックである。各単電池１１１は、それぞれの異極の電極１１２同士がバスバー１１３で接続されており、これにより各単電池１１１は直列接続され、全体として高電圧の組電池を形成する。

組電池１１０は収納容器１２０に収納され、収納容器１２０の開口１２１は蓋部１３０により封止される。組電池１１０全体の正極の電極端子１１２ａと負極の電極端子１１２ｂが、蓋部１３０の上面１３０ａ上に設けられた正極端子１３１ａ及び負極端子１３１ｂにそれぞれ電気的に接続されており、これにより組電池１１０の電力が電源装置１００の電力として取り出される。

特開２００２−１３４０７８号公報

従来の技術による電源装置の構成は以上のようなものであるが、上記従来の技術においては、以下のような問題があった。

すなわち、電源装置の使用範囲の拡大に反して、電源装置が使用される外部環境における電源装置の配置と、電源装置上における電極端子その他電気系統の配置との関係は、十分考慮されているとは言えなかった。具体的には、電源装置と協働する機器からの漏水や外部からの水滴の侵入等に対して、電源装置の電極端子その他電気系統の配置を考慮する必要があるという技術的課題を本願発明者は見いだした。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、外部からの水分の侵入等を考慮し、防滴性に優れた電源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、
一方の底面に電極端子を有する柱状の蓄電素子と、
少なくとも前記蓄電素子を収納する、前記蓄電素子の周囲を取り囲む側面を有するとともに、少なくとも一端に開口が形成された角筒部を有する収納容器とを備え、
前記蓄電素子の前記電極端子は前記収納容器の前記一端の前記開口側に配置されており、
前記収納容器は、前記角筒部の前記開口より上方の前記側面である上面にのみ位置し、前記開口に沿って且つ前記上面よりも背高に延出して形成された壁部を有する、
電源装置である。

又、本発明の第２の側面は、
前記壁部は、前記角筒部の、前記上面を形成する部位の一部が、前記開口から離れる向きに屈曲することにより形成されている、
本発明の第１の側面の電源装置である。

又、本発明の第３の側面は、
前記収納容器は、前記角筒部の前記開口の一部を塞ぐ蓋部を備え、
前記壁部は前記蓋部の一部が前記開口から平行に延出することにより形成されており、
前記蓋部の残りの一部は、前記角筒部の前記上面を覆っている、
本発明の第１の側面の電源装置である。

又、本発明の第４の側面は、
前記収納容器は、
前記角筒部の前記上面に平行な第２の板部及び前記第２の板部から屈曲してなる第１の板部を有するアングル部材とを有し、
前記アングル部材の第２の板部の表面が前記上面に積層されており、
前記アングル部材の第１の板部が前記壁部として形成されている、
本発明の第１の側面の電源装置である。

又、本発明の第５の側面は、
前記蓄電素子に関する動作を行う電子デバイスを更に備え、
前記電子デバイスは、前記蓄電素子の前記電極端子が位置する側面と同一面に配置されている、
本発明の第１から第４のいずれかの側面の電源装置である。

又、本発明の第６の側面は、
前記収納容器は、前記角筒部の他端を封止する封止体を有し、
前記封止体の一方の主面は前記蓄電素子の、前記電極端子が配置されていない他方の底面と対向している、
本発明の第１から第５のいずれかの第１の側面の電源装置である。

又、本発明の第７の側面は、
前記収納容器及び前記蓄電素子を二組有し、
前記封止体の前記一方の主面は、前記二組の一方の前記蓄電素子の前記他方の底面と対向しており、
前記封止体の他方の主面は、前記二組の他方の前記蓄電素子の前記他方の底面と対向している、
本発明の第６の側面の電源装置である。

又、本発明の第８の側面は、
前記封止体は、
放熱機能を有するとともに、前記蓄電素子の前記他方の底面と直接又は間接的に接触している、
本発明の第６又は第７の側面の電源装置である。

又、本発明の第９の側面は、
前記封止体は、その内部に設けられた、冷却媒体を通過させる流路を有し、
前記収納容器の前記上面側には、
前記流路に接続されるとともに前記封止体に前記冷却媒体を循環させる循環配管が配置可能である、
本発明の第８の側面の電源装置である。

以上のような本発明によれば、電源装置において、防滴性を向上させることが可能になるという効果を有する。

本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１に係る電源装置の構成を示す要部断面図 本発明の実施の形態２に係る電源装置の構成を示す要部断面図 本発明の実施の形態３に係る電源装置の構成を示す要部断面図 本発明の実施の形態４に係る電源装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態４に係る電源装置の構成を示す分解斜視図 本発明の実施の形態に係る電源装置の他の構成例を示す斜視図 従来の技術による電源装置の構成を示す分解斜視図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電源装置１の構成を示す斜視図であり、図２は、前方右側から見た分解斜視図であり、図３は、後方左側から見た分解斜視図である。

図１〜図３に示すように、本実施の形態１の電源装置１は、主に、組電池３０と、組電池３０の収納容器を構成する蓋部１０、容器本体２０及び封止板２４とから構成される。

容器本体２０は、スチール等の金属製の、外形角筒状の部材であって、正面形状において矩形の開口２０ｘを正面として、その内部に組電池３０を収納する。又、容器本体２０の上面２２上の開口２０ｘに隣接した位置には遮蔽壁２３が設けられている。

次に、組電池３０は、金属製の外装を有する外形六面体の単電池３１を、横２行縦４列に配置してなるスタックである。単電池３１は、正負それぞれの電極端子３１ａが設けられた外形矩形の上面３１ｂ並びに底面３１ｅ、上面３１ｂ及び底面３１ｅの長辺側に連なる一対の側面である主面３１ｃ、上面３１ｂ及び底面３１ｅの短辺側に連なる一対の側面である側面３１ｄを有する。

このような単電池３１は、上面３１ｂ及び底面３１ｅを一対の底面、主面３１ｃ及び側面３１ｄを側面として有する角柱と見ることができ、容器本体２０内においては、言わば横倒し状態となって、それぞれの主面３１ｃ同士が対向して、配列されている。

次に、封止板２４は、アルミニウム等の伝熱性の高い金属又は合成樹脂等を材料とする板状の部材であって、容器本体２０の、正面としての開口２０ｘに対する裏面である開口２０ｙを封止するとともに、組電池３０からの熱を電源装置１から外部へ放出するラジエータの役割を果たす。なお、封止板２４と容器本体２０とは、図示しないネジ、ボルト等の慣用、周知の機械的手段により固定される。

図３に示すように、封止板２４と組電池３０を構成する各単電池３１の底面３１ｅとの間には、伝熱性シリコンゴム製の熱伝導シート３２がそれぞれ設けられており、組電池３０からの熱は熱伝導シート３２を経て封止体２４から放熱される。

次に蓋部１０は、容器本体２０と同様金属製の部材であって、開口２０ｘに対応した平面形状を有し、組電池３０を収納した状態で容器本体２０を封止するための部材である。蓋部１０は、基材となる蓋部材１０ａの主面上に開口１１ａ〜１１ｃが設けられており、図１に示すように、組電池３０のそれぞれの単電池３１の電極端子３１ａは、これらの開口１１ａ〜１１ｃから外に露出している。

又、蓋部１０の表面において、電極端子３１ａ同士はバスバー等の接続部材によりそれぞれ電気的に接続され、全体として高電圧の組電池を形成する。さらに、蓋部１０の表面には、組電池３０に対する充放電を管理するための管理回路、リレー回路等を含めた電子デバイス（図示省略）が実装される。

更に、蓋部１０の蓋部材１０ａの両側端及び容器本体２０の両側面２１には、貫通孔１２ｂが開口されたタブ１２ａ及び貫通孔２１ｂが開口されたタブ２１ａがそれぞれ設けられており、組電池３０が容器本体２０に収納された状態で、タブ１２ａ及び２１ａ同士も対向している。このそれぞれのタブの貫通孔１２ｂ及び２１ｂにボルト１３を挿入し、締結することにより、容器本体２０は密閉され、組電池３０は、それぞれの単電池３１の上面３１ｂ及び底面３１ｅがタブ１２ａ及び２１ａの締結圧により拘束される。

以上の構成において、組電池３０は本発明の蓄電素子に相当し、蓋部１０、容器本体２０及び封止板２４の組合せは本発明の収納容器に相当する。又、封止板２４は本発明の封止体に相当し、遮蔽壁２３は本発明の遮蔽壁に相当する。

以上のような構成を備えた本実施の形態１の電源装置１は、容器本体２０に設けられた遮蔽壁２３を備えたことを特徴とする。

以下、図４を併せて参照して、さらに詳細に説明する。ただし、図４は、電源装置１の、単電池３１の側面３１ｄに平行な向きに沿った要部断面図である。

図４に示すように、遮蔽壁２３は、容器本体２０の上面２２を構成する部材が延伸し更に開口２０ｘに平行な向きに屈曲することにより形成されている。

又、容器本体２０の部材の裏面が露出してなる遮蔽壁２３の主面２３ａは開口２０ｘの位置と一致している。したがって、遮蔽壁２３は蓋部１０と容器本体２０との接合面Ｃ１より容器本体２０の上面２２寄りに位置することとなる。

このような構成を有する本実施の形態１の電源装置１は、収納容器において、遮蔽壁２３により容器本体２０の上面２２と蓋部１０との接合面Ｃ１を含めた蓋部１０とが隔てられている。

したがって、各図中に示すように、上面２２を上側にして電源装置１を電気自動車その他の負荷に組み込んだ構成とした場合において、外部からの当該負荷への水分の侵入、又は負荷内の結露等が生じたとき、上面２２に滴下又は滞留した水分は、遮蔽壁２３によって遮蔽され、電極端子３１ａや電子デバイスが配置された蓋部１０側への漏出、滴下は低減される。

このように、本実施の形態１の電源装置１においては、遮蔽壁２３を開口２０ｘに隣接して設けた容器本体２０を備えたことにより、上面２２からの水滴等の移動を低減して、防滴性を向上させることが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る電源装置１は、蓋部１０側から遮蔽壁を形成したことを特徴とする。

図５は、本実施の形態２の電源装置１の要部断面図である。図５に示すように、本実施の形態２の電源装置１は、容器本体２０が開口２０ｘ及び２０ｙの双方とも同一形状の端面を有する角筒形状を有する一方、蓋部１０の上端は、開口２０ｘに沿って、容器本体２０の上面２２上を屈曲点１４ａにて往復して屈曲し、さらに屈曲点１４ｂにて上面２２と平行な方向に屈曲した後、封止板２４に向かって延伸してなる構成を有する。

これにより、収納容器においては、蓋部１０の変形による遮蔽壁１４及び遮蔽壁１４との間に継ぎ目無く形成された、容器本体２０の上面２２、及び容器本体２０と蓋部１０及び封止板２４のそれぞれとの接合面Ｃ１及びＣ２を覆う被覆部１５が設けられる。

上記の構成において、遮蔽壁１４は実施の形態１の遮蔽壁２３と同様、電源装置１の上面２２からの水滴等の漏出を低減する効果を有する。又、被覆部１５が容器本体２０の上面２２に加えて、蓋部１０と容器本体２０との接合面Ｃ１、及び封止板２０と容器本体２０の接合面Ｃ２を覆うことで、これら接合面からの水滴等の侵入の恐れも低減することが可能となっている。

又、蓋部１０は容器本体２０より薄く、加工しやすい材料により作成されるため、遮蔽壁１４及び被覆部１５の作成を容易且つ安価に実現することが可能となる。

なお、上記の説明においては、被覆部１５は収納容器の上面全てを覆うものとして説明を行ったが、少なくとも蓋部１０と容器本体２０との接合面Ｃ１を被覆する程度の寸法、大きさであればよい。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る電源装置１は、収納容器とは別部材を用いて遮蔽壁を形成したことを特徴とする。

図６は、本実施の形態３の電源装置１の要部断面図である。図６に示すように、本実施の形態２の電源装置１においては、容器本体２０は開口２０ｘ及び２０ｙの双方とも同一形状の端面を有する角筒形状を有し、蓋部１０も実施の形態１と同様の外形平板状の形状を有する。一方で、容器本体２０の上面２２に重なるように設けられた断面Ｌ字形状のアングル部材４０が備えられている。

アングル部材４０は、蓋部１０の表面と面一になるよう延伸した第１の板部４０ａと、第１の板部４０ａから容器本体２０の上面２２に平行な方向に屈曲し、封止板２４の縁端まで延伸する第２の板部４０ｂとから構成される。

これにより、収納容器においては、第１の板部４０ａが遮蔽壁として、又第２の板部４０ｂが容器本体２０の上面２２及び、蓋部１０と容器本体２０との接合面Ｃ１、及び封止板２４と容器本体２０の接合面Ｃ２を覆う被覆部として機能することになる。

すなわち、第１の板部４０ａは実施の形態１の遮蔽壁２３と同様、電源装置１の上面２２からの水滴等の漏出を低減する効果を有する。又、第２の板部４０ｂが容器本体２０の上面２２に加えて、蓋部１０と容器本体２０との接合面Ｃ１、及び封止板２４と容器本体２０の接合面Ｃ２を覆うことで、これら接合面からの水滴等の侵入の恐れも低減することが可能となっている。

又、アングル部材４０は容器本体２０より薄く、加工しやすい材料により作成することが可能であり、又、容器本体２０及び蓋部１０のいずれよりも単純な形状を有する、より安価な構成として本発明を実現することが可能となる。

なお、上記の説明においては、第２の板部４０ｂは、収納容器の上面全てを覆うものとして説明を行ったが、少なくとも蓋部１０と容器本体２０との接合面Ｃ１を被覆する程度の寸法、大きさであればよい。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る電源装置は、二つの組電池を組み合わせてなる構成としたことを特徴とする。

図７は、本実施の形態４の電源装置２の斜視図であり、図８は同分解斜視図である。ただし、図１〜４と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。

本実施の形態４の電源装置２は、図７に示すように、一対の容器本体２０、一対の組電池３０を有し、実施の形態１〜３の封止板２４に相当する１個のヒートシンク５０を共有している。具体的には、図８に示すように、ヒートシンク５０を中心に、組電池３０、容器本体２０、蓋部１０、蓋部１０上に実装される電子デバイス６０、電子デバイス６０を覆うカバー７０が対称に配置され、それぞれの組電池３０の（単電池３１の底面に設けられた）熱伝導シート３２が、枠部材３４を間に挟んでヒートシンク５０の両面にそれぞれ接触することにより、一対の組電池３０からの廃熱が伝達される。

又、ヒートシンク５０はその内部に流路が設けられ、冷却水、不凍液等の冷却媒体が通過可能となっており、熱伝導シート３２から伝達された熱は、流路内を通過する冷却媒体に担持されて、電源装置２の外に取り出される。

流路の両端はヒートシンク５０の上縁に位置する注入端５０ａ、排出端５０ｂとして、収納容器２０の上面２２側に露出しており、これら注入端５０ａ、排出端５０ｂが図示しない循環用の配管に接続され、外部で更に熱交換されることにより廃熱サイクルを完成している。

又、図７に示す、収納容器２０の上面２２は、ヒートシンク５０の注入端５０ａ及び注入端５０ｂが接続される循環用の配管が引き回しされるスペースとして用いられる。

又、カバー７０から露出した取付部２ａ及び２ｂは、電源装置２を電気自動車等の外部負荷に取り付けるための機構である。

以上の構成を有する本実施の形態４の電源装置２においては、組電池３０を冷却するためのヒートシンク５０に接続される循環用の配管、及び当該配管とヒートシンク５０との接続端が、容器本体２０の上面２２にレイアウトされている。したがって、メンテナンス不良等の原因で循環経路から冷却媒体の流出が生じた場合、流出した熱媒体は容器本体２０の上面２２から拡散する恐れがある。

これに対し、本実施の形態４においては、上記各実施の形態１〜３の遮蔽壁２３を蓋部１０寄りに形成した構成を有することにより、拡散した冷却媒体が、電子デバイス６０及び電極端子２ａ及び２ｂが位置する装置の側面まで流動してくることを回避して、電源装置の信頼性を高めることが可能となっている。

以上のように、本発明の実施の形態の電源装置によれば、組電池３０を収納する収納容器において、容器本体２０の上面２２と組電池３０の電極が配置された側面としての蓋部１０との間に遮蔽壁２３等を設けた構成したことにより、上面２２からの水滴等の移動を低減して、防滴性を向上させることが可能となる。

しかしながら、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

上記の説明においては、本発明の遮蔽部は、蓋部１０と容器本体２０の上面２２との間に設けられた遮蔽壁として実施されるものとしたが、本発明の遮蔽部は、蓄電素子の電極が位置する側の側面に達しないように、上面２２上における流体の挙動を規制することができれば、任意の形状を有する構成であってよい。

したがって、図８に示すように、容器本体２０の上面２２上に、蓋部１０と平行に延伸し、その両端が蓋部１０と直交する容器本体２０の側面２１に達するように設けられた溝部２５として実現してもよい。この場合、上面２０上に滴下又は結露した水滴等は、溝部２５内を伝って側面２１上を滴下するため、上記各実施の形態同様の防滴性の効果を奏する。

又、上記の各実施の形態は、それぞれ独立したものとして示したが、各実施の形態の構成は、その全部又は一部の特徴を任意に組み合わせて実施してもよい。

又、上記の説明においては、本発明の蓄電素子は、リチウムイオン二次電池に代表される単電池であるとしたが、電気化学反応により充放電可能な電池であれば、ニッケル水素電池その他各種の二次電池を用いてもよい。又、一次電池であってもよい。さらに電気二重層キャパシタのように、電気を直接電荷として蓄積する方式の素子であってもよい。要するに、本発明の蓄電素子は電気を蓄積可能な素子であれば、その具体的な方式によって限定されるものではない。

又、上記の説明においては、容器本体２０の外形は矩形であるとしたが、円形、多角形等任意の形状であってよく、容器本体２０の底面形状もこれに対応した任意の形状であってよい。又、蓋部１０及び容器本体２０は同種の金属製としたが、互いに異なる材質で製造されたものであってもよい。又、樹脂その他の材料により作成されたものであってもよい。

又、組電池３０を構成する単電池３１は金属製の外形六面体としたが、円筒形状等の形状であってもよい。又、組電池３０は８つの単電池から構成される、縦２列横４列のスタックであるとしたが、縦横共に任意の数の組合せからなるスタックであるとしてもよい。要するに、本発明の電源装置は、蓄電素子の、個数、形状その他の具体的な構成によって限定されるものではない。

要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。

以上のような本発明は、電源装置において、防滴性を向上させることが可能になるという効果を有し、例えば二次電池を用いた電源装置において有用である。

１、２ 電源装置
２ａ,２ｂ 電極端子
１０ 蓋部
１０ａ 蓋部材
１２ａ,２１ａ タブ
１２ｂ,２１ｂ 貫通孔
１４ 遮蔽壁
１４ａ、１４ｂ 屈曲点
１５ 板部
２０ 収納容器
２０ｘ,２０ｙ 開口
２１ 側面
２２ 上面
２３ 遮蔽壁
２３ａ 主面
２４ 封止板
３０ 組電池
３１ 単電池
３１ｂ 上面
３１ｃ 主面
３２ 熱伝導シート
４０ アングル部材
５０ ヒートシンク
６０ 電子デバイス
７０ カバー

Claims (9)

1. 一方の底面に電極端子を有する柱状の蓄電素子と、
   少なくとも前記蓄電素子を収納する、前記蓄電素子の周囲を取り囲む側面を有するとともに、少なくとも一端に開口が形成された角筒部を有する収納容器とを備え、
   前記蓄電素子の前記電極端子は前記収納容器の前記一端の前記開口側に配置されており、
   前記収納容器は、前記角筒部の前記開口より上方の前記側面である上面にのみ位置し、前記開口に沿って且つ前記上面よりも背高に延出して形成された壁部を有する、
   電源装置。
2. 前記壁部は、前記角筒部の、前記上面を形成する部位の一部が、前記開口から離れる向きに屈曲することにより形成されている、
   請求項１に記載の電源装置。
3. 前記収納容器は、前記角筒部の前記開口の一部を塞ぐ蓋部を備え、
   前記壁部は前記蓋部の一部が前記開口から平行に延出することにより形成されており、
   前記蓋部の残りの一部は、前記角筒部の前記上面を覆っている、
   請求項１に記載の電源装置。
4. 前記収納容器は、
   前記角筒部の前記上面に平行な第２の板部及び前記第２の板部から屈曲してなる第１の板部を有するアングル部材とを有し、
   前記アングル部材の第２の板部の表面が前記上面に積層されており、
   前記アングル部材の第１の板部が前記壁部として形成されている、
   請求項１に記載の電源装置。
5. 前記蓄電素子に関する動作を行う電子デバイスを更に備え、
   前記電子デバイスは、前記蓄電素子の前記電極端子が位置する側面と同一面に配置されている、
   請求項１から４のいずれかに記載の電源装置。
6. 前記収納容器は、前記角筒部の他端を封止する封止体を有し、
   前記封止体の一方の主面は前記蓄電素子の、前記電極端子が配置されていない他方の底面と対向している、
   請求項１から５のいずれかに記載の電源装置。
7. 前記収納容器及び前記蓄電素子を二組有し、
   前記封止体の前記一方の主面は、前記二組の一方の前記蓄電素子の前記他方の底面と対向しており、
   前記封止体の他方の主面は、前記二組の他方の前記蓄電素子の前記他方の底面と対向している、
   請求項６に記載の電源装置。
8. 前記封止体は、
   放熱機能を有するとともに、前記蓄電素子の前記他方の底面と直接又は間接的に接触している、
   請求項６又は７に記載の電源装置。
9. 前記封止体は、その内部に設けられた、冷却媒体を通過させる流路を有し、
   前記収納容器の前記上面側には、
   前記流路に接続されるとともに前記封止体に前記冷却媒体を循環させる循環配管が配置可能である、
   請求項８に記載の電源装置。

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