JP7004219B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本明細書によって開示される技術は、電源装置に関する。

例えば、複数のバッテリを一方向に並べたバッテリ群を有する電源装置として、特開２０１４－２２９５８５号公報（下記特許文献１）に記載のものが知られている。この電源装置は、隣り合うバッテリの異なる電極がバスバによって接続されることで複数のバッテリが直列に接続され、バッテリ群の極性の異なる外部出力端子がバッテリ群の対角の位置に配設されている。

また、複数のバッテリを積層したバッテリ群同士を接続したバッテリアセンブリとして、特許第５１６３８０４号公報（下記特許文献２）に記載のものが知られている。このバッテリアセンブリでは、各バッテリ群がハーネスによって直列に接続され、直列に接続されたバッテリ群がハーネスによって電気装置に電気的に接続されている。また、バッテリアセンブリの各バッテリ群は、バッテリ群同士を電気的に接続するために密集して配置され、複数のバッテリ群の中央には電源遮断装置や電気装置に接続されるコネクタが配置されている。

特開２０１４－２２９５８５号公報 特許第５１６３８０４号公報

ところで、上記の電源装置のバッテリ群のように極性の異なる外部出力端子が対角の位置に配設された複数のバッテリ群を直列に接続し、上記のバッテリアセンブリのように複数のバッテリ群の中央に直列に接続されたバッテリ群の出力を設けようとすると、外部出力端子同士を接続するために複数本のハーネスや電線が必要となる。したがって、ハーネスや電線の増加によってバッテリアセンブリの重量が増加したり、複数本のハーネスや電線を配索するためのスペースを確保するためにバッテリアセンブリが大型化したりしてしまう。

本明細書では、電線が増加することを抑制する技術を開示する。

本明細書によって開示される技術は、電源装置であって、極性が異なる一対の第１外部端子を有し、複数の蓄電素子からなる第１蓄電素子群と、極性が異なる一対の第２外部端子を有し、複数の蓄電素子からなる第２蓄電素子群と、を備え、前記第１蓄電素子群と前記第２蓄電素子群とは、隣り合って配置されており、前記第１外部端子は、前記第１蓄電素子群の前記第２蓄電素子群側に設けられており、前記第２外部端子は、前記第２蓄電素子群の前記第１蓄電素子群側において前記第１外部端子と隣り合うように配置されている構成とした。

このような構成の電源装置によると、第１蓄電素子群の一対の第１外部端子と第２蓄電素子群の一対の第２外部端子とが第１蓄電素子群と第２蓄電素子群とが隣り合う配置されることになるから、電源装置において電線が増加することを抑制することができる。これにより、電線の増加によって電源装置の重量が増加することを抑制すると共に、電線の配索スペースの確保による電源装置の大型化を抑制することができる。

本明細書によって開示される電源装置は、以下の構成としてもよい。
前記一対の第１外部端子は、前記第１蓄電素子群の前記第２蓄電素子群側の端縁における一方の端部に配置された第１正極外部端子と、前記第１蓄電素子群の前記第２蓄電素子群側の端縁における一方の端部とは反対側の他方の端部に配置された第１負極外部端子とからなり、前記一対の第２外部端子は、前記第２蓄電素子群の前記第１蓄電素子群側の端縁において前記第１正極外部端子と隣り合うように配置された第２正極外部端子と、前記第２蓄電素子群の前記第１蓄電素子群側の端縁において前記第１負極外部端子と隣り合うように配置された第２負極外部端子とからなる構成としてもよい。

このような構成によると、電源装置の重量増加および電源装置の大型化を抑制しつつ、第１蓄電素子群と第２蓄電素子群とを並列に容易に接続することができる。また、第１蓄電素子群と第２蓄電素子群とを並列に接続した状態で、互いに異なる極性の外部端子を最も離れた位置に配置して絶縁距離を確保することができる。

前記第１正極外部端子と前記第２正極外部端子とは、第１蓄電素子群と前記第２蓄電素子群との間に配された総出力バスバによって接続され、前記第１負極外部端子と前記第２負極外部端子とは、第１蓄電素子群と前記第２蓄電素子群との間に配された前記総出力バスバとは異なる総出力バスバによって接続されている構成としてもよい。

このような構成によると、第１蓄電素子群と第２蓄電素子群とを一対の総出力バスバによって接続しているから、電源装置において電線が増加することを抑制することができ、電源装置の重量増加や電源装置の大型化をさらに抑制することができる。

前記総出力バスバは、接続方向と交差する方向に向かって突出する一対の接続部を有しており、前記第１正極外部端子と前記第２正極外部端子とを接続する前記総出力バスバを総正極バスバとし、前記第１負極外部端子と前記第２負極外部端子とを接続する前記総出力バスバを総負極バスバとした場合、前記総正極バスバの前記一対の接続部は、一方が前記総負極バスバ側に向かって引き出される電線が接続され、他方が前記総負極バスバ側とは反対側に向かって引き出される電線が接続されるようになっており、前記総負極バスバの前記一対の接続部は、一方が前記総正極バスバ側に向かって引き出される電線が接続され、他方が前記総正極バスバ側とは反対側に向かって引き出される電線が接続される構成としてもよい。

このような構成によると、総正極バスバ側と総負極バスバ側の両側において第１蓄電素子群と第２蓄電素子群の電力を供給することができる。すなわち、総正極バスバ側と総負極バスバ側の両側に電力を供給するために、電線の増加による重量増加や、電線の配索スペースの確保による電源装置の大型化を抑制することができる。

本明細書によって開示される技術によれば、電線が増加することを抑制する。

電源装置の平面図

＜実施形態＞
本明細書に開示された技術における一実施形態について図１を参照して説明する。
本実施形態は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されて、車両を駆動するための動力源として使用される電源装置１０を例示している。なお、以下の説明において、前後方向とは、図１における上下方向を基準として図示下側を前側、図示上側を後側とし、左右方向とは、図１における左右方向を基準として説明する。

電源装置１０は、図１に示すように、複数の蓄電素子２２からなる第１蓄電素子群２０と、複数の蓄電素子２２からなる第２蓄電素子群４０と、第１蓄電素子群２０と第２蓄電素子群４０とを接続する一対の総出力バスバ６０とを備えて構成されている。

蓄電素子２２は、例えば、二次電池であって、図１に示すように、扁平に形成されており、蓄電素子２２の上面における左右方向の両端部寄りの位置には上方に向かって突出する一対の電極端子２６が設けられている。一対の電極端子２６のうちの一方は正極端子２６Ｐとされ、他方は負極端子２６Ｎとされている。各電極端子２６は、外面にねじ山が形成された略円柱状に形成されている。

第１蓄電素子群２０は、蓄電素子２２を前後方向に複数個並べた蓄電ブロック３０を左右に２列に並べて構成されている。なお、図示省略しているが、左右に２列に並んだ蓄電ブロック３０は、例えば、金属製のフレームやトレイなどに設置固定されることで並び状態が保持されている。

各蓄電ブロック３０は、前後に隣り合う２つの蓄電素子２２において、異なる極性の電極端子２６が互いに隣り合うように（つまり、１つの蓄電素子２２の正極端子２６Ｐと、これと隣接する他の蓄電素子２２の負極端子２６Ｎとが互いに隣り合うように）前後方向に一列に並べられた状態で構成されている。そして、前後に隣り合う蓄電素子２２の正極端子２６Ｐと負極端子２６Ｎとを接続する接続バスバＢによって、各蓄電ブロック３０の複数の蓄電素子２２が、直列に接続されている。

接続バスバＢは、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等からなる金属製の板材を所定の形状にプレス加工することにより形成されている。接続バスバＢは、図１に示すように、四隅が丸みを帯びた略矩形平板状をなしており、接続バスバＢには、蓄電素子２２の正極および負極の電極端子２６が挿通される円形状をなす一対の貫通孔Ｂ１が、上下方向に貫通して形成されている。この貫通孔Ｂ１は、電極端子２６の外径よりも若干大きく設定されており、貫通孔Ｂ１に電極端子２６を貫通させた状態で図示しないナットを締め込むことで、電極端子２６と接続バスバＢとが電気的に接続されるようになっている。

左右に隣り合う蓄電ブロック３０の最後部に配された蓄電素子２２は、異なる極性の電極端子２６が互いに隣り合うように（つまり、左側の蓄電素子２２の負極端子２６Ｎと、右側の蓄電素子２２の正極端子２６Ｐとが互いに隣り合うように）構成されており、隣り合う電極端子２６がブロック間接続バスバＢＢによって接続されることで、第１蓄電素子群２０の全ての蓄電素子２２が直列に接続されている。なお、ブロック間接続バスバＢＢは、接続バスバＢよりも接続方向である左右方向にやや長めに形成されているものの、その他の構成は、接続バスバＢと同様であるため、説明を省略する。

また、第１蓄電素子群２０の全ての蓄電素子２２が直列に接続されると、左側の蓄電ブロック３０の最前部に配置された蓄電素子２２の左側の電極端子２６が第１蓄電素子群２０の正極の出力端子である第１正極外部端子２８Ｐとして構成され、右側の蓄電ブロック３０の最前部に配置された蓄電素子２２の右側の電極端子２６が第１蓄電素子群２０の負極の出力端子である第１負極外部端子２８Ｎとして構成される。
すなわち、第１蓄電素子群２０は、一対の第１外部端子２８を有し、一対の第１外部端子２８のうち第１正極外部端子２８Ｐが、第１蓄電素子群２０の前側端縁における左側の端部に設置され、第１負極外部端子２８Ｎが第１蓄電素子群２０の前側端縁において左側の端部とは反対側の右側の端部に設置されている。

一方、第２蓄電素子群４０は、第１蓄電素子群２０と同様に、蓄電素子２２を前後方向に複数個並べた蓄電ブロック５０を左右に２列に並べて構成されている。なお、図示省略しているが、第２蓄電素子群４０も第１蓄電素子群２０と同様に、左右に２列に並んだ蓄電ブロック５０は、例えば、金属製のフレームやトレイなどに設置固定されることで並び状態が保持されている。

各蓄電ブロック５０は、前後に隣り合う２つの蓄電素子２２において、異なる極性の電極端子２６が互いに隣り合うように（つまり、１つの蓄電素子２２の正極端子２６Ｐと、これと隣接する他の蓄電素子２２の負極端子２６Ｎとが互いに隣り合うように）前後方向に一列に並べられた状態で構成されている。そして、前後に隣り合う蓄電素子２２の正極端子２６Ｐと負極端子２６Ｎとを接続する接続バスバＢによって、各蓄電ブロック５０の複数の蓄電素子２２が、直列に接続されている。

左右に隣り合う蓄電ブロック５０の最前部に配された蓄電素子２２は、異なる極性の電極端子２６が互いに隣り合うように（つまり、左側の蓄電素子２２の負極端子２６Ｎと、右側の蓄電素子２２の正極端子２６Ｐとが互いに隣り合うように）構成されており、隣り合う電極端子２６がブロック間接続バスバＢＢによって接続されることで、第２蓄電素子群４０の全ての蓄電素子２２が直列に接続されている。

また、第２蓄電素子群４０の全ての蓄電素子２２が直列に接続されると、左側の蓄電ブロック５０の最後部に位置する蓄電素子２２の左側の電極端子２６が第２蓄電素子群４０の正極の出力端子である第２正極外部端子４８Ｐとして構成され、右側の蓄電ブロック５０の最後部に位置する蓄電素子２２の右側の電極端子２６が第２蓄電素子群４０の負極の出力端子である第２負極外部端子４８Ｎとして構成される。

すなわち、第２蓄電素子群４０は、一対の第２外部端子４８を有し、一対の第２外部端子４８のうち第２正極外部端子４８Ｐが、第２蓄電素子群４０の後側端縁における左側の端部に設置され、第２負極外部端子４８Ｎが第２蓄電素子群４０の後側端縁において左側の端部とは反対側の右側の端部に設置されている。

さて、第２蓄電素子群４０は、第１蓄電素子群２０の前側に隣り合うように配置されており、第１蓄電素子群２０の第１正極外部端子２８Ｐおよび第１負極外部端子２８Ｎが、第２蓄電素子群４０の第２正極外部端子４８Ｐおよび第２負極外部端子４８Ｎと一対の総出力バスバ６０によって接続されている。

第２蓄電素子群４０は、第２正極外部端子４８Ｐが第１蓄電素子群２０の第１正極外部端子２８Ｐと前後方向に隣り合うように第１正極外部端子２８Ｐの前側に配置され、第２負極外部端子４８Ｎが第１蓄電素子群２０の第１負極外部端子２８Ｎと前後方向に隣り合うように第１負極外部端子２８Ｎの前側に配置されている。

総出力バスバ６０は、銅、銅合金、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム等からなる金属製の板材を所定の形状にプレス加工することによって形成されている。総出力バスバ６０は、図１に示すように、前後方向に長い略矩形平板状をなしている。総出力バスバ６０の前後の４箇所の角部は丸みを帯びており、総出力バスバ６０の前後両端部には、円形状をなす一対の電極挿通孔６２が上下方向に貫通して設けられている。

一対の総出力バスバ６０のうち、第１蓄電素子群２０および第２蓄電素子群４０の左側端部に配される総出力バスバ６０は総正極バスバ６０Ｐとされ、総正極バスバ６０Ｐの一対の電極挿通孔６２に第１正極外部端子２８Ｐと第２正極外部端子４８Ｐとを挿通し、図示しないナットを締め込むことで、第１正極外部端子２８Ｐと第２正極外部端子４８Ｐとが並列に接続されている。

一方、一対の総出力バスバ６０のうち、第１蓄電素子群２０および第２蓄電素子群４０の右側端部に配される総出力バスバ６０は総負極バスバ６０Ｎとされ、総負極バスバ６０Ｎの一対の電極挿通孔６２に第１負極外部端子２８Ｎと第２負極外部端子４８Ｎとを挿通し、図示しないナットを締め込むことで、第１負極外部端子２８Ｎと第２負極外部端子４８Ｎとが並列に接続されている。

また、総出力バスバ６０の左右方向の両側縁には、第１外部端子２８と第２外部端子４８とを接続する方向と交差する方向に延びる一対の接続部６４が設けられている。

総正極バスバ６０Ｐの一対の接続部６４は、一方が総負極バスバ６０Ｎ側である右側に突出して設けられた正極側右接続部６４Ｐ１とされ、他方が総負極バスバ６０Ｎとは反対側である左側に突出して設けられた正極側左接続部６４Ｐ２とされている。

正極側右接続部６４Ｐ１には、総負極バスバ６０Ｎ上を通って電源装置１０の右側外方に引き出される電線Ｗが接続されており、正極側左接続部６４Ｐ２には、電源装置１０の左側外方に引き出される電線Ｗが接続されている。

一方、総負極バスバ６０Ｎの一対の接続部６４は、一方が総正極バスバ６０Ｐ側である左側に突出して設けられた負極側左接続部６４Ｎ１とされ、他方が総正極バスバ６０Ｐとは反対側である右側に突出して設けられた負極側右接続部６４Ｎ２とされている。

負極側左接続部６４Ｎ１には、総正極バスバ６０Ｐ上を通って電源装置１０の左側外方に引き出される電線Ｗが接続されており、負極側右接続部６４Ｎ２には、電源装置１０の右側外方に引き出される電線Ｗが接続されている。

本実施形態は、以上のような構成であって、続いて、電源装置１０の作用および効果について説明する。

本実施形態における第１蓄電素子群２０と、第２蓄電素子群４０とは、前後方向に隣り合う配置とされており、第１蓄電素子群２０の第１正極外部端子２８Ｐと第２蓄電素子群４０の第２正極外部端子４８Ｐとが前後方向に隣り合うと共に、第１蓄電素子群２０の第１負極外部端子２８Ｎと第２蓄電素子群４０の第２負極外部端子４８Ｎとが前後方向に隣り合うように配置されている。

そして、第１正極外部端子２８Ｐと第２正極外部端子４８Ｐとが総正極バスバ６０Ｐによって並列に接続され、第１負極外部端子２８Ｎと第２負極外部端子４８Ｎとが総負極バスバ６０Ｎによって並列に接続されている。

すなわち、第１蓄電素子群２０と第２蓄電素子群４０とが電線を用いずに並列に接続されているから、例えば、対角状に外部端子が配された一対の蓄電素子群によって電源装置を構成し、各外部端子をハーネスや電線にて接続する場合に比べて、電源装置１０においてハーネスや電線が増加することを抑制することができる。これにより、ハーネスや電線の増加による重量の増加を抑制することができると共に、ハーネスや電線の配索スペースを確保することに起因して電源装置１０が大型化することを抑制することができる。

また、第１正極外部端子２８Ｐと第２正極外部端子４８Ｐとを並列に接続する総正極バスバ６０Ｐの位置と、第１負極外部端子２８Ｎと第２負極外部端子４８Ｎとを並列に接続する総負極バスバ６０Ｎの位置は、第１蓄電素子群２０および第２蓄電素子群４０において互いに隣り合う側縁部の両側端部（左側端部と右側端部）に配置されている。

つまり、各蓄電素子群２０、４０において蓄電素子２２が直列に接続され、第１蓄電素子群２０と第２蓄電素子群４０とが並列に接続されることで総正極バスバ６０Ｐと総負極バスバ６０Ｎとの間の電圧差が大きくなる場合でも、第１蓄電素子群２０と第２蓄電素子群４０とが並列に接続された状態において、互いに極性が異なる総正極バスバ６０Ｐと総負極バスバ６０Ｎとを最も離れた位置に配置して絶縁距離を確保することができる。

また、本実施形態によると、総正極バスバ６０Ｐは、総負極バスバ６０Ｎ上を通って電源装置１０の右側外方に引き出される電線Ｗが接続される正極側右接続部６４Ｐ１と、電源装置１０の左側外方に引き出される電線Ｗが接続される正極側左接続部６４Ｐ２とを有している。
一方、総負極バスバ６０Ｎは、総正極バスバ６０Ｐ上を通って電源装置１０の左側外方に引き出される電線Ｗが接続される負極側左接続部６４Ｎ１と、電源装置１０の右側外方に引き出される電線Ｗが接続される負極側右接続部６４Ｎ２とを有している。

つまり、本実施形態によると、総正極バスバ６０Ｐ側である左側と総負極バスバ６０Ｎ側である右側の両側において第１蓄電素子群２０および第２蓄電素子群４０の電力を供給することができる。

さらに、第１蓄電素子群２０と第２蓄電素子群４０との間には、正極側右接続部６４Ｐ１から電源装置１０の右側に引き出される電線Ｗと、負極側左接続部６４Ｎ１から電源装置１０の左側に引き出される電線Ｗのみが配されることになる。
したがって、例えば、第１蓄電素子群の一対の外部端子と第２蓄電素子群の一対の外部端子とをそれぞれ並列に接続する電線と、第１蓄電素子群と第２蓄電素子群とを並列に接続した後に電源装置の両側に電力を供給する複数の電線を別途配索する場合に比べて、電線の本数を削減することができ、電線の増加による重量の増加をさらに抑制することができると共に、電線の配索スペースの確保による電源装置の大型化をさらに抑制することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も含まれる。

（１）上記実施形態では、蓄電素子２２を前後方向に複数個並べて構成した蓄電ブロック３０、５０を左右に２列並べて第１蓄電素子群２０および第２蓄電素子群４０を構成した。しかしながら、これに限らず、蓄電素子を左右や前後に並べた蓄電ブロックを構成することで、蓄電ブロックを１つや４つ以上からなる蓄電素子群を構成してもよい。

（２）上記実施形態では、第１蓄電素子群２０の一対の第１外部端子２８と、第２蓄電素子群４０の一対の第２外部端子４８とを並列に接続する構成とした。しかしながら、これに限らず、第１蓄電素子群の一対の第１外部端子と、第２蓄電素子群の一対の第２外部端子とを直列に接続する構成にしてもよい。

（３）上記実施形態では、第１正極外部端子２８Ｐと第２正極外部端子４８Ｐとを総正極バスバ６０Ｐによって接続する共に、第１負極外部端子２８Ｎと第２負極外部端子４８Ｎとを総負極バスバ６０Ｎによって接続する構成とした。しかしながら、これに限らず、第１正極外部端子と第２正極外部端子との接続や第１負極外部端子と第２負極外部端子との接続を短尺な電線によって接続する構成にしてもよい。

（４）上記実施形態では、各バスバＢ、ＢＢ、６０に蓄電素子２２の電極端子２６を挿通してナットを締め込むことで各バスバＢ、ＢＢ、６０と電極端子２６を接続する構成とした。しかしながら、これに限らず、蓄電素子の電極端子に対して各バスバを超音波溶接やレーザ溶接によって接続する構成にしてもよい。

１０：電源装置
２０：第１蓄電素子群
２２：蓄電素子
２８：第１外部端子
２８Ｎ：第１負極体部端子
２８Ｐ：第１正極外部端子
４０：第２蓄電素子群
４８：第２外部端子
４８Ｎ：第２負極外部端子
４８Ｐ：第２正極外部端子
６０：総出力バスバ
６０Ｎ：総負極バスバ
６０Ｐ：総正極バスバ
６４：接続部
６４Ｎ１： 負極側左接続部
６４Ｎ２： 負極側右接続部
６４Ｐ１： 正極側右接続部
６４Ｐ２： 正極側左接続部
Ｗ：電線

Claims (3)

1. 極性が異なる一対の第１外部端子を有し、複数の蓄電素子からなる第１蓄電素子群と、
   極性が異なる一対の第２外部端子を有し、複数の蓄電素子からなる第２蓄電素子群と、を備え、
   前記第１蓄電素子群と前記第２蓄電素子群とは、隣り合って配置されており、
   前記第１外部端子は、前記第１蓄電素子群の前記第２蓄電素子群側に設けられており、
   前記第２外部端子は、前記第２蓄電素子群の前記第１蓄電素子群側において前記第１外部端子と隣り合うように配置されており、
   前記一対の第１外部端子は、前記第１蓄電素子群の前記第２蓄電素子群側の端縁における一方の端部に配置された第１正極外部端子と、前記第１蓄電素子群の前記第２蓄電素子群側の端縁における一方の端部とは反対側の他方の端部に配置された第１負極外部端子とからなり、
   前記一対の第２外部端子は、前記第２蓄電素子群の前記第１蓄電素子群側の端縁において前記第１正極外部端子と隣り合うように配置された第２正極外部端子と、前記第２蓄電素子群の前記第１蓄電素子群側の端縁において前記第１負極外部端子と隣り合うように配置された第２負極外部端子とからなる電源装置。
2. 前記第１正極外部端子と前記第２正極外部端子とは、第１蓄電素子群と前記第２蓄電素子群との間に配された総出力バスバによって接続され、
   前記第１負極外部端子と前記第２負極外部端子とは、第１蓄電素子群と前記第２蓄電素子群との間に配された前記総出力バスバとは異なる総出力バスバによって接続されている請求項１に記載の電源装置。
3. 前記総出力バスバは、接続方向と交差する方向に向かって突出する一対の接続部を有しており、
   前記第１正極外部端子と前記第２正極外部端子とを接続する前記総出力バスバを総正極バスバとし、前記第１負極外部端子と前記第２負極外部端子とを接続する前記総出力バスバを総負極バスバとした場合、
   前記総正極バスバの前記一対の接続部は、一方が前記総負極バスバ側に向かって引き出される電線が接続され、他方が前記総負極バスバ側とは反対側に向かって引き出される電線が接続されるようになっており、
   前記総負極バスバの前記一対の接続部は、一方が前記総正極バスバ側に向かって引き出される電線が接続され、他方が前記総正極バスバ側とは反対側に向かって引き出される電線が接続される請求項２に記載の電源装置。

Images