JP5070681B2

JP5070681B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5070681B2
Application number: JP2005111025A
Authority: JP
Inventors: 則雄元井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: JP2006294338A

Description

本発明は、高エネルギー密度かつ小型軽量で大きなエネルギーを供給する電力源として最適な組電池に係り、特に、組電池の組み立て効率を向上させることができる構造を備えた組電池に関する。

近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンから電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。このため、モータの電力源となる電池の技術も急速に発展しつつある。

自動車には、小型軽量で、大きな電力を頻繁に充放電可能な、耐震動性、放熱性に優れた電池の搭載が望まれる。大きな電力を供給することができる放熱性に優れた組電池としては、下記特許文献１に示すようなものがある。

特許文献１に開示されている組電池は、直列、並列または直並列に電気的に接続された複数の単電池を、当該単電池の厚み方向に所定の間隔で配置し、単電池間に両側の単電池を押圧する押圧部材を配置して、外装部材によって複数の単電池を固定したものである。このような構造とすることによって単電池の放熱特性を良好にして組電池としてのサイクル特性、レート特性を向上させている。
特開２０００−１９５４８０号公報（段落「００１４」〜段落「００２９」および図１、図２、図４の記載を参照）

特許文献１の組電池は、単電池として扁平形電池を用いているため、扁平形電池以外の電池を用いて構成した従来の組電池に比較してエネルギー密度が高く、同一の電力容量の電池であれば小型化が可能である。このため、扁平形電池で構成された組電池は、小型、高エネルギー密度という点では自動車搭載用電池として適している。

しかしながら、特許文献１の組電池は、蓄電システム用に開発された組電池であるため、生産効率性が要求される自動車用の組電池として使用できるようにするためにはその構造に大きな改良を加える必要がある。

本発明は、以上のような従来の技術の問題点に鑑みて成されたものであり、組電池の組み立て効率を向上させることができる構造を備えた組電池の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、組電池本体と前記組電池本体に取り付けるケースとからなる組電池であって、前記組電池本体に取り付けられた第１コネクタと、前記ケースの内側に所定の範囲内で可動自在に取り付けられ、前記第１コネクタと勘合する第２コネクタと、が設けられ、前記ケースを前記組電池本体に取り付けると前記第２コネクタが前記第１コネクタに勘合され、さらに前記組電池本体には前記組電池本体の充放電を制御するためのコントローラが備えられ、前記コントローラにはコントローラ用の第３コネクタが取り付けられ、前記ケースの内側にはさらに前記第３コネクタと勘合するコントローラ用の第４コネクタが所定の範囲内で可動自在に取り付けられ、前記第４コネクタには複数の前記第２コネクタが電気的に接続されており、前記ケースを前記組電池本体に取り付けると、複数の前記第２コネクタが複数の前記第１コネクタに勘合されると共に、前記コントローラ用の第４コネクタが前記コントローラ用の第３コネクタに勘合され、前記複数の第１コネクタが前記第３コネクタに接続されることを特徴とする組電池である。

また、上記目的を達成するための本発明は、組電池本体と前記組電池本体に取り付けるケースとからなる組電池であって、前記ケースは２つ割りの第１ケース片および第２ケース片から成り、前記組電池本体の向かい合うそれぞれの面に取り付けられた複数の第１コネクタと、前記第１ケース片および前記第２ケース片それぞれの内側に所定の範囲内で可動自在に取り付けられた前記複数の第１コネクタと勘合する複数の第２コネクタと、前記第１ケース片および前記第２ケース片を前記組電池本体の向かい合う面側から接近させて合体させるとすべての前記第２コネクタがすべての前記第１コネクタに勘合されることを特徴とする組電池である。

本発明に係る組電池は、組電池本体にケースを取り付けるだけで、組電池本体に取り付けられた第１コネクタとケースの内側に取り付けられた第２コネクタとを接続することができる。したがって、コネクタ接続の工程を省略することができ、組電池の組み立て効率を向上させることができる。

本発明にかかる組電池によれば、組電池本体にケースを取り付けるだけで、組電池本体に取り付けられた第１コネクタとケースの内側に取り付けられた第２コネクタとの接続を同時に行うことができ、組電池組み立て時におけるコネクタ接続の工程を省略することができる。

以下、本発明にかかる組電池を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る組電池の構成図である。

本発明に係る組電池１００は組電池本体２００と組電池本体２００に取り付けるアッパーケース３００Ａ、３００Ｂとを備えている。組電池本体２００はロアケース２１０、１２個の電池モジュール２２０、コントローラ２３０によって構成される。

電池モジュール２２０は、図示されているように、３個積層されたものを４列に並べてロアケース２１０上に配置される。これらの電池モジュール２２０は拘束板２２５によってロアケース２１０との間で固定される。電池モジュール２２０の固定は、ロアケース２１０に立設されているボルトに拘束板２２５上からナット２２７を締め付けることによって行われる。

電池モジュール２２０は、図示されていないが、その内部に直列接続された８枚の扁平型電池を有している。各電池モジュール２２０の向かい合う両面（図示手前側と奥側）には８枚の扁平型電池のそれぞれの電圧を検出するために用いられる電圧検出用コネクタ２２９が設けられている。電圧検出用コネクタ２２９は第１コネクタとして機能するオス型のコネクタであって、電池モジュール２２０内において固定されている。

拘束板２２５の上部には組電池本体２００の充放電を制御するためのコントローラ２３０が取り付けられている。コントローラ２３０は電池モジュール２００を構成している各扁平型電池の充放電を各扁平型電池の電圧値に応じて個別に制御するものである。したがって、コントローラ２３０は各扁平型電池の電圧を入力するための検出電圧入力用コネクタ２３５が設けられている。検出電圧入力用コネクタ２３５はコントローラ用の第３コネクタとして機能するオス型のコネクタであって、コントローラ２３０に固定されている。

組電池本体２００に取り付けられるアッパーケースは２つ割りされたアッパーケース３００Ａ、３００Ｂで構成される。アッパーケース３００Ａは第１ケース片として、アッパーケース３００Ｂは第２ケース片としてそれぞれ機能する。アッパーケース３００Ａと３００Ｂの内側には、各電池モジュール２２０の電圧検出用コネクタ２２９と勘合するケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａ、３１０Ｂが設けられている。ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａ、３１０Ｂは第２コネクタとして機能するメス型のコネクタであって、所定の範囲内で可動自在に取り付けられている。また、アッパーケース３００Ａと３００Ｂの内側には、コントローラ２３０の検出電圧入力用コネクタ２３５と勘合するケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａ、３２０Ｂが設けられている。ケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａ、３２０Ｂは、コントローラ用の第４コネクタとして機能するするメス型のコネクタであって、所定の範囲内で可動自在に取り付けられている。なお、コントローラ２３０の配置台数によってアッパーケース３００Ａと３００Ｂの内側に設けられるケース側電圧検出用コネクタ３１０の数が異なる。たとえばコントローラ２３０が１台しか存在していないときには、ケース側電圧検出用コネクタ３１０はアッパーケース３００Ａまたは３００Ｂのどちらかに設けられる。

図２は、アッパーケース３００Ａに設けられているケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａとケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａとの電気的な接続状態を示す図である。各ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａからは４本の電圧線３３０が引き出されている。ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａから引き出されているすべての電圧線３３０はケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａに接続されている。したがって、ケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａにはすべてのケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａが電気的に接続されていることになる。

なお、ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａとケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａはアッパーケース３００Ａの内側に直接取り付けるのではなくプリント配線基板上に取り付けることが望ましい。プリント配線基板上にケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａとケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａを取り付けるようにすれば、プリント基板上のプリント配線を用いて電気的にケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａとケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａとが接続できるので、電圧線３３０の配線作業が不要になり、また、プリント基板をアッパーケース３００Ａの内側に取り付けるだけでケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａとケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａとの取り付けが完了するので、組み立て効率も向上する。

図３Ａおよび図３Ｂは電池モジュール２２０に形成されているガイド部材の一例を示す図である。図３Ａは電池モジュール２２０の全体図を、図３Ｂはガイド部材の拡大図をそれぞれ示す。これらの図に示すように、電池モジュール２２０は金属製のケースでその内部に収納されている扁平型電池を覆っている。電池モジュール２２０のほぼ中央部には電圧検出用コネクタ２２９を外部に露出させるための開口部２２２が形成されている。この開口部２２２にはアッパーケース３００Ａに設けられたケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａが案内される。ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａはその内側に設けられている電圧検出用コネクタ２２９と勘合して、ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａと電圧検出用コネクタ２２９とが電気的に接合される。

電圧検出用コネクタ２２９に通ずる開口部２２２の周囲３方向には、ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの案内をスムースに行なうための、ガイド部材としてのテーパー状の突起２２４Ａ〜２２４Ｃが立設されている。突起２２４Ａ〜２２４Ｃは開口部２２２のプレス成形を行う際に、開口部２２２として切り落とす部分の一部を残し、その残した部分を切り起こすことによって形成する。なお、図示はしていないが、コントローラ２３０の検出電圧入力用コネクタ２３５にもこれと同様のガイド部材が形成されている。

図４Ａ〜図４Ｄはアッパーケース３００Ａに設けられているケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの詳細図であって、図４Ａはケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの斜視図を、図４Ｂはケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの正面図を、図４Ｃはケース側電圧検出用コネクタ３１０ＡのＡ-Ａ断面図を、図４Ｄはケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの上面図をそれぞれ示している。

ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａは、コネクタ取り付け部３４０Ａ、コネクタ３５０Ａ、コネクタ支持ブッシュ３６０Ａを備えている。コネクタ取り付け部３４０Ａは箱型の収納部として機能するものであり、アッパーケース３００Ａの内側に直接取り付けられている。コネクタ３５０Ａはその上下左右の４点が弾性部材であるコネクタ支持ブッシュ３６０Ａを介してコネクタ取り付け部３４０Ａに取り付けられ、コネクタ３５０Ａは所定の範囲内において可動自在にフローティング状態で支持されている。つまり、コネクタ３５０Ａをコネクタ取り付け部３４０Ａに取り付けられているコネクタ支持ブッシュ３６０Ａを介して部分的に支持させることによって、コネクタ３５０Ａが動き易くなるようにし、コネクタ３５０Ａを電池モジュール２２０の電圧検出用コネクタ２２９に勘合させるときに、コネクタ３５０Ａと電圧検出用コネクタ２２９とのｍｍ単位の位置ずれを個別に吸収できるようにしている。このように、コネクタ３５０Ａをフローティング状態で支持させるようにしたのは、電池モジュール２２０を配列したときに生じる電圧検出用コネクタ２２９の位置誤差を吸収させるためである。

また、コネクタ３５０Ａの外周端には、コネクタ３５０Ａを電池モジュール２２０の電圧検出用コネクタ２２９に勘合させるときに、電池モジュール２２０に形成されているテーパー状の突起２２４Ａ〜２２４Ｃへの案内を容易にするためのテーパー状の案内面３５２が形成されている。コネクタ３５０Ａは樹脂で形成されているので、その外周端に面取り加工を施すことによって案内面３５２を形成する。

コネクタ３５０Ａには４個の差込口３５５が設けられており、それぞれの差込口３５５には電池モジュール２２０の電圧検出用コネクタ２２９のオス端子が挿入される。

なお、以上の実施形態では、コネクタ取り付け部３４０Ａがアッパーケース３００Ａに直接取り付けられるタイプを例示したが、コネクタ取り付け部３４０Ａをアッパーケース３００Ａの内側に取り付けるプリント基板に取り付けるようにしても良い。

図５Ａ〜図５Ｄはケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの他の実施形態を示す図である。図５Ａはケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの斜視図を、図５Ｂはケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの正面図を、図５Ｃはケース側電圧検出用コネクタ３１０ＡのＢ-Ｂ断面図を、図５Ｄはケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａの上面図をそれぞれ示している。

ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａは、コネクタ取り付け部３４０Ａ、コネクタ３５０Ａ、コネクタ支持ゴム系樹脂３６２Ａを備えている。コネクタ取り付け部３４０Ａは箱型の収納部として機能するものであり、アッパーケース３００Ａの内側に直接取り付けられている。コネクタ３５０Ａはコネクタ取り付け部３４０Ａに充填された弾性部材としてのコネクタ支持ゴム系樹脂３６２Ａに埋め込まれるようにしてコネクタ支持ゴム系樹脂３６２Ａによって全体的に支持されている。つまり、コネクタ３５０Ａはコネクタ支持ゴム系樹脂３６２Ａを介してコネクタ取り付け部３４０Ａに取り付けられ、コネクタ３５０Ａは所定の範囲内において可動自在にフローティング状態で支持されている。したがって、コネクタ３５０Ａを電池モジュール２２０の電圧検出用コネクタ２２９に勘合させるときに、コネクタ３５０Ａと電圧検出用コネクタ２２９とのｍｍ単位の位置ずれが個別に吸収できる。

以上のように構成されている本発明に係る組電池は次のような手順で組み立てられる。

まず、図１に示すように、１２個の電池モジュール２２０がロアケース２１０上に３層４列に配列され、拘束板２２５でロアケース２１０との間に固定される。次に、拘束板２２５上にコントローラ２３０が取り付けられる。そして、アッパーケース３００Ａとアッパーケース３００Ｂとを組電池本体２００の向かい合う面側から図示するように接近させて合体させる。合体させる過程において、アッパーケース３００Ａに設けられているケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａとケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａ、および、アッパーケース３００Ｂに設けられているケース側電圧検出用コネクタ３１０Ｂとケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ｂが、各電池モジュール２２０に設けられているテーパー状の突起２２４Ａ〜２２４Ｃとコントローラ２３０に設けられている図示されていないガイド部材によって案内される。各ケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａ、３１０Ｂ、ケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａ、３２０Ｂはコネクタ支持ブッシュ３６０によってフローティング状態で指示されているので、テーパー状の突起２２４Ａ〜２２４Ｃやガイド部材によって案内されながら、それらの位置を自由に変え、各電圧検出用コネクタ２２９および検出電圧入力用コネクタ２３５と勘合する。図２に示すように、ケース側検出電圧入力用コネクタ３２０Ａにはすべてのケース側電圧検出用コネクタ３１０Ａが電気的に接続されているので、アッパーケース３００Ａとアッパーケース３００Ｂとを組電池本体２００に取り付けるだけで、すべての電圧検出用コネクタ２２９がコントローラ２３０の検出電圧入力用コネクタ２３５に接続されることになる。

このように、本発明によれば、アッパーケースを取り付けさえすれば、電池モジュール２２０とコントローラ２３０との接続作業が終了してしまうので、組み立て作業の効率が著しく向上する。

本発明にかかる組電池では、組電池本体にケースを取り付けるだけで、組電池本体に取り付けられた第１コネクタとケースの内側に取り付けられた第２コネクタとの接続を同時に行うことができるので、組電池の生産の効率化に寄与することができる。

本発明に係る組電池の構成図である。アッパーケースに設けられているケース側電圧検出用コネクタとケース側検出電圧入力用コネクタとの電気的な接続状態を示す図である。電池モジュールの全体図を示す図である。ガイド部材の拡大図を示す図である。ケース側電圧検出用コネクタの斜視図である。ケース側電圧検出用コネクタの正面図である。ケース側電圧検出用コネクタのＡ-Ａ断面図である。ケース側電圧検出用コネクタの上面図である。他の形態に係るケース側電圧検出用コネクタの斜視図である。他の形態に係るケース側電圧検出用コネクタの正面図である。他の形態に係るケース側電圧検出用コネクタのＡ-Ａ断面図である。他の形態に係るケース側電圧検出用コネクタの上面図である。

符号の説明

１００組電池、
２００組電池本体、
２１０ロアケース、
２２０電池モジュール、
２２２開口部、
２２４Ａ〜２２４Ｃテーパー状の突起、
２２５拘束板、
２２７ナット、
２２９電圧検出用コネクタ、
２３０コントローラ、
２３５検出電圧入力用コネクタ、
３００Ａ、３００Ｂアッパーケース、
３１０Ａ、３１０Ｂケース側電圧検出用コネクタ、
３２０Ａ、３２０Ｂケース側検出電圧入力用コネクタ、
３３０電圧線、
３４０Ａコネクタ取り付け部、
３５０Ａコネクタ、
３６０Ａコネクタ支持ブッシュ、
３５２案内面、
３５５差込口、
３６２Ａコネクタ支持ゴム系樹脂。

Claims

組電池本体と前記組電池本体に取り付けるケースとからなる組電池であって、
前記組電池本体に取り付けられた第１コネクタと、
前記ケースの内側に所定の範囲内で可動自在に取り付けられ、前記第１コネクタと勘合する第２コネクタと、が設けられ、
前記ケースを前記組電池本体に取り付けると前記第２コネクタが前記第１コネクタに勘合され、
さらに前記組電池本体には前記組電池本体の充放電を制御するためのコントローラが備えられ、
前記コントローラにはコントローラ用の第３コネクタが取り付けられ、
前記ケースの内側にはさらに前記第３コネクタと勘合するコントローラ用の第４コネクタが所定の範囲内で可動自在に取り付けられ、
前記第４コネクタには複数の前記第２コネクタが電気的に接続されており、
前記ケースを前記組電池本体に取り付けると、複数の前記第２コネクタが複数の前記第１コネクタに勘合されると共に、前記コントローラ用の第４コネクタが前記コントローラ用の第３コネクタに勘合され、前記複数の第１コネクタが前記第３コネクタに接続されることを特徴とする組電池。
組電池本体と前記組電池本体に取り付けるケースとからなる組電池であって、
前記ケースは２つ割りの第１ケース片および第２ケース片から成り、
前記組電池本体の向かい合うそれぞれの面に取り付けられた複数の第１コネクタと、
前記第１ケース片および前記第２ケース片それぞれの内側に所定の範囲内で可動自在に取り付けられ、前記複数の第１コネクタと勘合する複数の第２コネクタと、
前記第１ケース片および前記第２ケース片を前記組電池本体の向かい合う面側から接近させて合体させるとすべての前記第２コネクタがすべての前記第１コネクタに勘合されることを特徴とする組電池。
さらに前記組電池本体には前記組電池本体の充放電を制御するためのコントローラが備えられ、
前記コントローラにはコントローラ用の第３コネクタが取り付けられ、
前記ケースは２つ割りの第１ケース片および第２ケース片から成り、
前記第１ケース片または前記第２ケース片の少なくともいずれか一方の内側にはさらに前記第３コネクタと勘合するコントローラ用の第４コネクタが所定の範囲内で可動自在に取り付けられ、
前記第４コネクタにはすべての前記第２コネクタが電気的に接続されており、
前記第１ケース片および前記第２ケース片を前記組電池本体の向かい合う面側から接近させて合わせると、すべての前記第２コネクタがすべての前記第１コネクタに勘合されると共に、前記コントローラ用の第４コネクタが前記コントローラ用の第３コネクタに勘合され、前記すべての第１コネクタが前記第３コネクタに接続されることを特徴とする請求項２に記載の組電池。
前記組電池本体には前記第２コネクタを前記第１コネクタに案内するためのガイド部材が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の組電池。
前記ガイド部材は前記第１コネクタの周囲にテーパー状に立設した突起であることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
前記第２コネクタは前記ケースに取り付けられた箱型の収納部に弾性部材を介してフローティング状態で支持されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の組電池。
前記第２コネクタは前記収納部に前記弾性部材によって部分的に支持されていることを特徴とする請求項６に記載の組電池。
前記第２コネクタは前記収納部に充填された弾性部材に埋め込まれるようにして前記弾性部材によって全体的に支持されていることを特徴とする請求項６に記載の組電池。
前記第２コネクタの外周端は前記ガイド部材への案内を容易にするためのテーパー状の案内面が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の組電池。