JP2014116160A

JP2014116160A - 電源装置

Info

Publication number: JP2014116160A
Application number: JP2012268673A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Yoshioka; 伸晃吉岡
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN104823305A; US20150263394A1; WO2014087959A1; EP2930769A1

Abstract

【課題】正電極、負電極を変形させることなく、接続のための部品点数を少なくし、かつ軽量化が可能な電源装置を提供する。
【解決手段】本発明の電源装置１０は、セル電池集合体１２の一面１４上で、一側からスライド移動により正電極１６又は負電極１７と電圧検出用端子１８とを接続する第一のスライド板１９と、セル電池集合体１２の一面１４上で、他側からスライド移動により正電極１６又は負電極１７と電圧検出用端子２０とを接続する第二のスライド板２１とで形成される電極接続体２２を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車などに用いられる電源装置に関する。

電動モータを駆動源とする電気自動車や、エンジンと電動モータの両者を駆動源とするハイブリッド自動車には、電動モータに電気を供給する電源装置が搭載されている。この電源装置は、複数個の単位セルを並列に集合させてセル電池集合体（電池モジュール）を形成し、このセル電池集合体をさらに複数個縦横に配置し、隣接する単位セルの正電極同士、負電極同士を直列に接続して電動モータに電気を供給している。また、このような電源装置では、均等な充放電をさせるために、単位セルの電圧を逐次検出し電圧を監視している。単位セルの電圧を検出のために、複数個の単位セルを正極側、負極側で接続して正電極、負電極を設け、これらの正電極、負電極に電圧検出用の電線（導体）端末の検出電極と接続している。

このような電源装置において単位セルの電極同士の接続や電圧検出のための検出電極との接続を、簡易な接続方法とするものが特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されている接続方法は、複数のバスバーと端子（或いはクリップ）を備えたプレートをセル電池集合体の上方より組み付け、セル電池集合体の一面側から突設されている複数の単位セルと接続された正電極同士、負電極同士を端子を介してバスバーでそれぞれ接続している。このように端子を介してバスバーに正電極、負電極を接続する場合、単位セルの正電極と負電極ごとにバスバーにボルト等により締結する必要がなくなり、接続作業性が向上する。

特開２０１０−５５８８５号

ところが、上記特許文献１における接続方法では、複数のバスバーをセル電池集合体（複数個の単位セル）の一面側から突出する正電極、負電極の突出方向側から（上方から）プレートを組み付けるため、単位セルの正電極、負電極とバスバープレートの位置ずれが生じると、バスバーが正電極、負電極に当たり正電極、負電極を変形させてしまうおそれがある。このような状況は、電圧検出のための検出電極との接続においても同様に生じる。

また、複数のバスバーを予めプレートにそれぞれ組み付ける必要があるので、部品点数が多く、さらには複数のバスバーによってプレートが重くなる。

そこで、本発明は、隣接する単位セルの電極同士や単位セルの電圧検出用電極の接続において、正電極、負電極を変形させることなく、接続のための部品点数を少なくし、かつ軽量化が可能な電源装置の提供を目的とする。

請求項１の発明の電源装置では、一面側から正極のセル電極１３と負極のセル電極１３が突設された複数個の単位セル１１を前記正極のセル電極１３と負極のセル電極１３とが隣接する単位セル１１同士で交互に配置した状態で並列に積層させて直列に接続して構成されるセル電池集合体１２の一面１４側に、前記正極のセル電極１３と接続された電圧検出用の正電極１６と、負極のセル電極１３と接続された電圧検出用の負電極１７とが突設され、これらの正電極１６と負電極１７とが電圧検出端子１８、２０と接続される電源装置１０であって、セル電池集合体１２の一面１４上で、一側からスライド移動により正電極１６又は負電極１７と電圧検出用端子１８とを接続する第一のスライド板１９と、セル電池集合体１２の一面１４上で、他側からスライド移動により正電極１６又は負電極１７と電圧検出用端子２０とを接続する第二のスライド板２１とで形成される電極接続体２２を有することを特徴とする。

請求項２の発明の電源装置では、請求項1記載の電源装置１０であって、第一及び第二スライド板１９、２１は、セル電池集合体１２の一面１４上でスライド移動する板本体２３、２６と、該板本体２３、２６に設けられて電圧検出端子１８、２０を支持すると共に板本体２３、２６のセル電池集合体１２の一面１４上でのスライド移動により正電極１６及び負電極１７が、電圧検出用端子１８、２０と共に挟持される電極挟持立壁２４、２７と、板本体２３、２６に設けられて板本体２３、２６のスライド移動により正電極１６及び負電極１７のいずれか一方を電圧検出端子１８が支持された電極挟持立壁２４へ案内すると共に、正電極１６及び負電極１７のいずれか他方を電圧検出端子２０が支持された電極挟持立壁２７へ案内する電極案内部２５、２８とで形成されていることを特徴とする。

請求項３の発明の電源装置では、請求項１又は請求項２記載の電源装置１０であって、一側のスライド板１９と他側のスライド板２１とは、一端側同士又は他端側同士のいずれか一方が可撓性連結部２９を介して連結され、該可撓性連結部２９を中心に一側のスライド板１９と他側のスライド板２１とが互いに接離可能に揺動自在とされていることを特徴とする。

請求項４の発明の電源装置は、請求項３記載の電源装置１０であって、一端が正電極１６又は負電極１７に接続された導体３２、３３と、他端側に連結されて外部と接続される集束コネクタ３４とを備え、可撓性連結部２９は、集束コネクタ３４の直前で導体３２、３３の他端側を集束する集束部３０と、この集束部３０の両側に設けられて一側のスライド板１９と集束部３０、他側のスライド板２１と集束部３０とを連結する可撓部３１とで形成されていることを特徴とする。

請求項１では、セル電池集合体の一面上で第一のスライド板を一側から移動させることにより、正電極１６又は負電極１７と電圧検出用端子１８とが接続され、セル電池集合体１２の一面１４上で第二のスライド板を他側から移動させることにより正電極１６又は負電極１７と電圧検出用端子２０とが接続する。

この場合、第一のスライド板、第二のスライド板がスライド移動することで、正電極、負電極と電圧検出端子とが接続されるので、セル電池集合体の一面側の正電極、負電極を単位セルの上方向（正電極、負電極の突出方向側）から接続する場合と異なって変形させることがない。

また、正電極、負電極と電圧検出端子を接続するのに、第一のスライド板、第二のスライド板に電圧検出端子を組み付けているだけなので、バスバーや端子等の部品が不要になり部品点数を低減することが可能となり、これによって軽量化も可能となる。

請求項２では、第１のスライド板、第二のスライド板をセル電池集合体の一面上でスライドさせると、電極挟持立壁の電圧検出用端子が正電極、負電極と接続され、これらの正電極、負電極と電圧検出用端子との位置ずれが生じていても電極案内部が正電極、負電極を正規な位置に案内するので、位置ずれによって生じる正電極、負電極と電圧検出用端子との衝突を確実に防止することができ、正電極、負電極を変形させることがない。

請求項３では、第一のスライド板と第二のスライド板とを、可撓性連結部を中心に互いに離れる方向（開く方向）にした状態で、セル電池集合体の一面上に載置し、可撓性連結部を中心に違いに接近する（閉じる方向）方向に揺動させると、第一のスライド板と第二のスライド板がセル電池集合体の一面上をスライド移動する。これにより、正電極、負電極が電圧検出用端子と接続する。

この場合、第一のスライド板と第二のスライド板とを可撓性連結部を介して連結した構造としたことで、第一、第二のスライド板を一度の動作でスライド移動させることができ、容易な接続作業となる。

請求項４では、集束部の両側の可撓部により第一のスライド板、第二のスライド板が集束部を中心に揺動することができ、これにより第一のスライド板、第二のスライド板がセル電池集合体の一面上でスライド移動することができる。

この場合、可撓性連結部で第一のスライド板、第二のスライド板の一端同士を連結するときと、他端同士を連結するときで、導体の集束部の位置を変更することができ、必要に応じて外部と接続する集束コネクタの位置を変更することができる。

複数個の単位セルからなるセル電池集合体と、複数個のセル電池集合体からなる電源装置を示す斜視図である。複数個の単位セルからなるセル電池集合体を示し、第一のスライド板と第二のスライド板がスライド移動する前の状態で正電極、負電極と電圧検出端子とを接続する前の状態を示す斜視図である。複数個の単位セルからなるセル電池集合体を示し、第一のスライド板と第二のスライド板がスライド移動し正電極、負電極と電圧検出端子とを接続した状態を示す斜視図である。第一のスライド板、第二のスライド板とセル電極とを示す断面図である。電極接続体を示す斜視図である。電極接続体を示し、（ａ）は可撓性連結部を第一のスライド基板、第二のスライド基板の一端側（紙面右側）に設けて導体を一端側に集束させた状態を示す平面図、（ｂ）は可撓性連結部を第一のスライド板、第二のスライド板の他端側（紙面左側）に設けて正電極及び負電極と接続された導体を他端側（紙面左側）に集束させた状態を示す平面図である。電極接続体を示し、不要な可撓性連結部を切断する前の状態を示す平面図である。第一のスライド板、第一のスライド板に設けた電圧検出用端子を支持する電極挟持立壁を示す斜視図である。セル電池集合体同士を接続するコネクタを示す分解斜視図である。セル電池集合体同士を接続するコネクタを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電源装置について、図面を用いて説明する。

本実施形態の電源装置１０は、電動モータを駆動源とする電気自動車や、エンジンと電動モータの両者を駆動源とするハイブリッド自動車などに搭載され、電動モータに電気を供給する。

図１〜図３に示すように、電源装置１０は、単位セル１１を並列に集合させてセル電池集合体（電池モジュール）１２を形成し、このセル電池集合体１２をさらに複数個縦横に配置して構成されている。

単位セル１１は、矩形の薄板状で、図４に示すように外周の一面から正極と負極のセル電極１３が突設されている。この単位セル１１を複数個（複数枚）並列に積層し、集合させたセル電池集合体１２は、全体として立方体形状とされ、その一面１４上に絶縁プレート１５が載置されている。また、複数個の単位セル１１からそれぞれ突設している幾つかの正極側のセル電極１３同士と、幾つかの負極側のセル電極１３同士が絶縁プレート１５の裏面側（下面側）でそれぞれ接続されておりこれらのひとかたまりのセル電極１３から一つの正電極１６、一つの負電極１７として（図２参照）絶縁プレート１５の表面（上面側）側から突設している。以下、本実施形態では、これらの正電極１６、負電極１７を単位セル１１の正電極、負電極と呼称する。

なお、各単位セル１１の正電極、負電極がそれぞれ絶縁プレート１５の表面側に突設して、バスバー等により隣接する正電極、負電極同士を直列に接続する場合もあるが、本実施形態では、絶縁プレート１５の裏面側で隣接する幾つかの単位セル１１の正電極同士、負電極同士を接続しており、幾つかの単位セル１１を並列に接続したひとかたまりの複数個の単位セル１１をさらに直列に接続して取り出した電極を絶縁プレート１５の表面側に突設させて、電圧検出用の電極１６、１７としている。

そして、本実施形態の電源装置１０は、図２、図３に示すように、セル電池集合体１２の一面１４上で、一側からスライド移動により正電極１６と電圧検出用端子１８とを接続する第一のスライド板１９と、セル電池集合体１２の一面１４上で、他側からスライド移動により負電極１７と電圧検出用端子２０とを接続する第二のスライド板２１とで形成される電極接続体（２２）を有している。

図５乃至図８に示すように、第一のスライド板１９は、セル電池集合体１２の一面１４上でスライド移動する板本体２３と、この板本体２３に設けられて電圧検出用端子１８を支持すると共に板本体２３のセル電池集合体１２の一面１４上でのスライド移動により正電極１６が電圧検出用端子１８とともに挟持される電極挟持立壁２４と、板本体２３に設けられて板本体２３のスライド移動により正電極１６を電圧検出端子１８が支持された電極挟持立壁２４へ案内する電極案内部２５とで形成されている。

板本体２３は、長方形状で、所定の間隔（正電極１６のピッチ）で電極挟持立壁２４が立設されている。この電極挟持立壁２４には、電圧検出端子１８が固定されている。この電圧検出端子１８と電極挟持立壁２４の一方の壁との間に正電極１６が、電圧検出端子１８の側方から挿入されて、正電極１６と電圧検出端子１８とが接続される。この接続は、溶接（レーザー、超音波）や加締め（はとめ）等により接続しても良い。

また、電極挟持立壁２４の一端側に電極案内部２５が形成されている。電極案内部２５は、電極挟持立壁２４の両壁から外側に向けて次第に拡径した扇形形状の切欠が形成され、この切欠の両側壁が傾斜部となっている。そして、スライド板１９を一面１４上でスライドさせたとき、正電極１６が位置ズレを生じていない場合には、扇形形状の切欠部分のテーパ部に触れることなく電極挟持立壁２４間に挿入するが、正電極１６の位置がズレていたとしても、正電極１６が扇形の切欠部のテーパ部に沿って正規な位置へ案内される。

一方、第二のスライド板２１は、第一のスライド板１９と略同形状で、セル電池集合体１２の一面１４上でスライド移動する板本体２６と、この板本体２６に設けられて電圧検出用端子２０を支持すると共に板本体２６のセル電池集合体１２の一面１４上でのスライド移動により負電極１７が電圧検出用端子２０と共に挟持される電極挟持立壁２７と、板本体２６に設けられて板本体２６のスライド移動により負電極１７を電圧検出用端子２０が支持された電極挟持立壁２７へ案内する電極案内部２８とで形成されている
また、板本体２６も、第一のスライド板１９の板本体２３と略同形状の長方形状で、所定の間隔（負電極１７のピッチ）で電極挟持立壁２７が立設されている。この電極挟持立壁２７には、電圧検出用の電圧検出用端子２０が固定されている。この電圧検出用端子２０と電極挟持立壁２７の一方の壁との間に負電極１７が、電圧検出用端子２０の側方から挿入されて、負電極１７と電圧検出用端子２０とが接続される。この接続は、溶接（レーザー、超音波）や加締め（はとめ）等により接続しても良い。

また、電極挟持立壁２７の一端側に電極案内部２８が形成されている。電極案内部２８は、電極挟持立壁２７の両壁から外側に向けて次第に拡径した扇形形状の切欠が形成され、この切欠の両側壁が傾斜部となっている。そして、スライド板２１を一面１４上でスライドさせたとき、負電極１７が位置ズレを生じていない場合には、扇形形状の切欠部分のテーパ部に触れることなく電極挟持立壁２７間に挿入するが、負電極１７の位置がズレていたとしても、負電極１７が扇形の切欠部のテーパ部に沿って正規な位置へ案内される。

図５及び図６に示すように、上記第一のスライド板１９と第二のスライド板２１とは、一端側同士又は他端側同士のいずれか一方が可撓性連結部２９を介して連結され、この可撓性連結部２９を中心に第一のスライド板２１と第二のスライド板２１とが互いに接離可能に揺動自在となっている。

可撓性連結部２９は、後述する第一の導体（電線）３２と第二の導体（電線）３３の一端側又は他端側を集束する集束部３０と、この集束部３０の両側に設けられて第一のスライド板１９と集束部３０、第二のスライド板２１と集束部３０とを連結する可撓部３１とで形成されている。

また、電極接続体２２は、一端が電圧検出端子１８に接続された第一の導体（電線）３２と、一端が電圧検出用端子２０に接続された第二の導体（電線）３３と、第１の導体３２と第２の導体３２の他端側に連結されて外部と接続される集束コネクタ３４とを備えている。第１の導体３２と、第２の導体３２は、単位セル１１の電圧を検出する検出電極（電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０）で検出した電圧信号を、電圧制御装置（不図示）へ送信する。

第１の導体３２、第２の導体３２としての電線３２、３３は、第一のスライド板１９、第二のスライド板２１にそれぞれ設けられた導体案内路３５、３６内に配索され、上記可撓性連結部２９へ引き回されて集束部３０で一纏めにして集束され、先端側が集束コネクタ３４に連結されて、外部と接続される。

図７に示すように、本実施の形態における第一のスライド板１９と第二のスライド板２１とを連結する可撓性連結部２９は、一端側と他端側の両方に設けた状態で製造される。そして、必要に応じて、すなわち、電圧検出用の第１の導体３２、第２の導体３２を取り出す方向を、図７の紙面左側へ配索する場合には、図７の紙面右側の可撓性連結部２９を切除する。逆に図７の紙面右側へ電圧検出用の第１の導体３２、第２の導体３２を配索する場合には、図７の紙面左側の可撓性連結部２９を切除する。

次に上述したセル電池集合体１２同士を図１に示すように、縦横に配置して一つの電源装置とする場合の接続について図９及び図１０を用いて説明する。

セル電池集合体１２の一面１４上に組み付けられた電極接続体２２の一方のスライド板１９には、セル電池集合体１２を構成する複数個の単位セル１１の隣接する正極同士を接続した総バスバー３７が組み付けられている。この総バスバー３７は、セル電池集合体１２から、隣接するセル電池集合体１２まで延設されている。一方、隣接するセル電池集合体１２の一方のスライド板１９には連結バスバー３８が組み付けられている。これらの総バスバー３７と連結バスバー３８は、接続コネクタ３９により接続される。

接続コネクタ３９は、基部４１と、この基部４１の両側部から延設されたバネ片４２、４２と、バネ片４２、４２間に一体に設けられた弾性片４３、４３とで略コ字型形状に形成された導電性の端子４４と、この端子４４が収納されるハウジング４５とで形成されている。

そして、図１０に示すように、一方のバネ片４２と弾性片４３との間に総バスバー３７が挟持され、他方のバネ片４２と他方の弾性片４３との間に連結バスバー３８が挟持されることで、連結バスバー３８と総バスバー３７とが電気的に接続され、隣接するセル電池集合体１２同士が電気的に接続される。

以上説明したように、本実施形態の電源装置１０では、複数個の単位セル１１の一面側から突設された板状の正電極１６と負電極１７とが、一面上でスライドする第一のスライド板１９と第二のスライド板２１のスライド移動により、第一のスライド板１９と第二のスライド板２１に組み付けられている電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０と接続される。この場合、第一のスライド板１９、第二のスライド板２１がスライドすることで、正電極１６、負電極１７と電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０とが接続されるので、単位セル１１の一面側の板状の正電極１６、負電極１７を単位セル１１の上方向（正電極、負電極の突出方向側）から接続するときに当ることがなく、正電極、負電極を変形させることがない。

また、本実施形態では、正電極１６、負電極１７と電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０を接続するのに、第一のスライド板１９、第二のスライド板２１に電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０を組み付けているだけなので、バスバーや端子等の部品が不要になり部品点数を低減することが可能となり、これによって軽量化も可能となる。

また、本実施形態では、第一のスライド１９板、第二のスライド板２１を単位セル１１の一面上でスライドさせると、電極挟持立壁２４、２７の電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０が単位セル１１の正電極１６、負電極１７と接続され、これらの電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０と単位セル１１の正電極１６、負電極１７との位置ずれが生じていても電極案内部２５、２８が正電極１６、負電極１７を正規な位置に案内するので、位置ずれによって生じる正電極１６、負電極１７と電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０の衝突を確実に防止することができ、正電極１６、負電極１７を変形させることがない。

また、本実施形態では、第一のスライド板１９と第二のスライド板２１とを、可撓性連結部２９を中心に互いに離れる方向（開く方向）にした状態で、セル電池集合体１２の一面１４上に載置し、可撓性連結部２９を中心に違いに接近する（閉じる方向）方向に揺動させると、第一のスライド板１９と第二のスライド板２１がセル電池集合体１２の一面１４上をスライド移動する。これにより、単位セル１１の正電極１６、負電極１７が電圧検出端子１８、電圧検出用端子２０と接続する。

この場合、第一のスライド板１９と第二のスライド板２１とを可撓性連結部２９を介して連結した構造としたことで、第一のスライド板１９、第二のスライド板２１を一度の動作でスライド移動させることができ、容易な接続作業となる。

さらに、本実施形態では、集束部３０の両側の可撓部３１により正電極側のスライド１９板、第二のスライド板２１が集束部３０を中心に揺動することができ、これにより第一のスライド板１９、第二のスライド板２１がセル電池集合体１２の一面１４上でスライド移動することができる。

この場合、可撓性連結部２９で第一のスライド板１９、第二のスライド板２１の一端同士を連結するときと、他端同士を連結するときで、第１の導体３２と第２の導体３２の集束部３０の位置を変更することができ、必要に応じて外部と接続する集束コネクタ３４の位置を変更することができる。

なお、上述した実施形態では、正電極１６と負電極１７が、セル電池集合体１２の一面１４側に同方向に向けて突設された例について示したが、正電極１６と負電極１７が異なる面からそれぞれ突設している場合においても、第１のスライド板１９のみを一面１４上でスライドさせて正電極１６と電圧検出用端子１８とを接続し、第２のスライド板２１を負電極１７が突設されている他面上でスライドさせて負電極１７と電圧検出用端子２０とを接続させても良い。この場合には、第一のスライド板１９と第二のスライド板２１とを可撓性連結部２９で連結することなく独立して一面１４上、他面上をスライドさせる。

１０電源装置
１１単位セル
１２セル電池集合体
１３セル電極
１４一面
１６正電極
１７負電極
１８セル正電極
１９第一のスライド板
２０セル負電極
２１第二のスライド板
２２電極接続体

Claims

一面側から正極のセル電極と負極のセル電極が突設された複数個の単位セルを、前記正極のセル電極と負極のセル電極とが隣接する単位セル同士で交互に配置した状態で並列に積層させて直列に接続して構成されるセル電池集合体の一面側に、前記正極のセル電極と接続された電圧検出用の正電極と、負極のセル電極と接続された電圧検出用の負電極とが突設され、これらの正電極と負電極とが電圧検出端子と接続される電源装置であって、
前記セル電池集合体の前記一面上で、一側からスライド移動により前記正電極又は前記負電極と前記電圧検出用端子とを接続する第一のスライド板と、
前記セル電池集合体の前記一面上で、他側からスライド移動により前記正電極又は前記負電極と前記電圧検出用端子とを接続する第二のスライド板とで形成される電極接続体を有することを特徴とする電源装置。
請求項１記載の電源装置であって、
前記第一及び前記第二スライド板は、前記セル電池集合体の一面上でスライド移動する板本体と、
該板本体に設けられて前記電圧検出端子を支持すると共に前記板本体の前記セル電池集合体の一面上でのスライド移動により前記正電極及び前記負電極が、前記電圧検出用端子と共に挟持される電極挟持立壁と、
前記板本体に設けられて板本体のスライド移動により前記正電極及び前記負電極のいずれか一方を前記電圧検出端子が支持された電極挟持立壁へ案内すると共に、前記正電極及び前記負電極のいずれか他方を前記電圧検出端子が支持された電極挟持立壁へ案内する電極案内部とで形成されていることを特徴とする電源装置。
請求項１又は請求項２記載の電源装置であって、
前記一側のスライド板と前記他側のスライド板とは、一端側同士又は他端側同士のいずれか一方が可撓性連結部を介して連結され、該可撓性連結部を中心に前記一側のスライド板と前記他側のスライド板とが互いに接離可能に揺動自在とされていることを特徴とする電源装置。
請求項３記載の電源装置であって、
一端が前記正電極又は負電極に接続された導体と、前記他端側に連結されて外部と接続される集束コネクタとを備え、
前記可撓性連結部は、前記集束コネクタの直前で前記導体の他端側を集束する集束部と、この集束部の両側に設けられて前記一側のスライド板と前記集束部、前記他側のスライド板と前記集束部とを連結する可撓部とで形成されていることを特徴とする電源装置。