JP5602509B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケーブルを位置決めする構造を備えた蓄電装置に関する。

複数の単電池で構成された組電池の周囲には、複数のケーブルが配置されることがある。このケーブルとしては、例えば、組電池の充放電に用いられるケーブルや、単電池の電圧を検出するために用いられるケーブルがある。

特開２００９−１５４８２４号公報 特開２００２−３６２１６４号公報 特開２００６−３５３０６２号公報 特開２００７−２０７５１３号公報 特開２００７−１４１６３６号公報

ケーブルが組電池の周囲に配置される構成では、組電池を含む電池パックを組み立てるときに、ケーブルが邪魔になってしまうことがある。ここで、ケーブルの両端部は固定されるが、ケーブルの両端部を除く領域については、固定しなければ、自由に動いてしまう。

本発明である蓄電装置は、一方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子の配列方向において複数の蓄電素子を挟み、複数の蓄電素子に対して拘束力を与えるための一対のエンドプレートであって、少なくとも一方のエンドプレートにおいて、複数の蓄電素子の配列方向で蓄電素子に対向する面と反対側に位置する面が凹凸面に構成される一対のエンドプレートと、複数の蓄電素子の充放電又は充放電の制御に用いられるケーブルと、凹凸面に対して固定され、ケーブルの位置決めに用いられるブラケットと、を有することを特徴とする。ここで、エンドプレートに凹凸面を形成することにより、エンドプレートの強度を確保しつつ、エンドプレートの軽量化を図ることができる。

ケーブルにクランプを取り付ける構成では、クランプに形成された突起部と係合する開口部をブラケットに形成することができる。これにより、クランプを介して、ケーブルをブラケットに固定でき、エンドプレートに対するケーブルの位置決めを行うことができる。

また、クランプの突起部が開口部を貫通した状態において、エンドプレートの凹面内にクランプの突起部を位置させることができる。エンドプレートの凹面によって形成されるスペースは、デッドスペースとなりやすいため、このスペースに、突起部を位置させることにより、デッドスペースを有効利用して、蓄電装置の大型化を抑制することができる。

一方、ケーブルの一部を支持するアームを、ブラケットに設けることができる。この場合には、ケーブルをアームに取り付けるだけで、エンドプレートに対するケーブルの位置決めを行うことができる。

ブラケットをエンドプレートに固定する構成としては、ボルトおよびナットを用いることができる。具体的には、エンドプレートにナットを設けておき、ブラケットを貫通させたボルトをナットと係合させることができる。これにより、ブラケットをエンドプレートに固定することができる。また、エンドプレートの凹面内にナットを配置することにより、エンドプレートのデッドスペースを有効利用することができる。

エンドプレートにおける凹凸面の一部と接触し、エンドプレートに対するブラケットの位置決めに用いられる爪部を、ブラケットに設けることができる。これにより、エンドプレートに対するブラケットの位置決めを容易に行うことができる。ブラケットの位置決めが容易になれば、ボルトおよびナットを用いたブラケットの固定構造において、ボルトおよびナットの係合を容易に行うことができる。

蓄電装置の外装の一部を構成するシールド部材を、ケーブルを覆う位置に配置することができる。本発明では、ケーブルがエンドプレートに対して位置決めされているため、ケーブルを覆う位置に、シールド部材を容易に配置することができる。

本発明によれば、ブラケットを用いることにより、エンドプレートの凹凸面に対するケーブルの位置決めを容易に行うことができる。

本発明の実施例１における電池ユニットの構成を示す概略図である。 実施例１である電池パックの構成を示す斜視図である。 実施例１におけるエンドプレートの正面図である。 実施例１におけるブラケットの正面図である。 図４の矢印Ｄで示す方向から見たときのブラケットの側面図である。 実施例１において、クランプおよびブラケットの接続構造を示す断面図である。 実施例１の変形例であるブラケットの構造を示す概略図である。 本発明の実施例２である電池パックの構成を示す斜視図である。 実施例２におけるエンドプレートの正面図である。 図８におけるエンドプレートのＡ−Ａ断面図である。 実施例２におけるブラケットの正面図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置に相当する）について、図１および図２を用いて説明する。図１は、電池パックの一部を構成する電池ユニットを示す概略図であり、電池ユニットを上方から見たときの図である。図２は、電池パックの一部の構成を示す斜視図である。図１および図２において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸であり、本実施例では、鉛直方向に相当する軸をＺ軸としている。

本実施例の電池パックは、車両に搭載することができ、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両の走行に用いられる動力源として、電池パックの他に、燃料電池又は内燃機関を用いた車両である。電気自動車は、車両の走行に用いられる動力源として、電池パックだけを用いた車両である。電池パックが搭載された車両では、電池パックの出力を用いて車両を走行させたり、車両の制動時に発生する運動エネルギを回生電力として電池パックに蓄えたりすることができる。

本実施例の電池パックは、電池ユニット１と、電池ユニット１を収容するパックケースとを有している。パックケースは、電池パックの外装を構成するケースであり、図２に示すように、電池ユニット１が固定されるロアーケース１００と、ロアーケース１００とともに電池ユニット１を覆うアッパーケース（不図示）およびシールド部材１０１を有している。

電池ユニット１は、Ｘ方向に並んで配置された複数の電池モジュール（蓄電素子に相当する）１０を有しており、Ｘ方向における電池ユニット１の両端には、一対のエンドプレート２０が配置されている。一対のエンドプレート２０には、Ｘ方向に延びる拘束ロッド３０が連結されている。本実施例では、図１に示すように、電池ユニット１の上面に、２つの拘束ロッド３０が配置されているとともに、電池ユニット１の下面にも、２つの拘束ロッド（不図示）が配置されている。

一対のエンドプレート２０および拘束ロッド３０を用いることにより、複数の電池モジュール１０に対して拘束力を与えることができる。拘束力とは、一対のエンドプレート２０が互いに近づく方向（Ｘ方向）に変位させたときに発生する力であり、Ｘ方向で隣り合う２つの電池モジュール１０を互いに近づける力である。各電池モジュール１０に拘束力を与えることにより、例えば、電池モジュール１０の膨張を抑制することができる。エンドプレート２０の具体的な構造については、後述する。

なお、本実施例では、電池ユニット１の上面および下面に拘束ロッドを配置しているが、これに限るものではない。一対のエンドプレート２０に接続できる位置に拘束ロッド３０を配置すればよく、例えば、電池ユニット１の側面（Ｙ方向における両端面）に沿って拘束ロッド３０を配置することができる。また、本実施例では、円柱状に形成された拘束ロッド３０を用いているが、これに限るものではなく、例えば、平板状に形成された拘束バンドを用いることができる。

電池モジュール１０は、電気的に直列に接続された複数の単電池によって構成されており、複数の単電池は、電池モジュール１０の外装を構成するケース内に収容されている。ここで、単電池としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることができる。本実施例では、複数の電池モジュール１０をＸ方向に並べて配置しているが、これに限るものではない。複数の単電池（蓄電素子に相当する）をＸ方向に並べて配置することもできる。

Ｘ方向に並んで配置された複数の電池モジュール１０は、電気的に直列に接続されている。Ｙ方向における電池モジュール１０の両端面には、正極端子（電極端子ともいう）１０ａおよび負極端子（電極端子ともいう）１０ｂがそれぞれ設けられている。図１では、一部の電池モジュール１０に対してのみ、正極端子１０ａおよび負極端子１０ｂを示している。

電池モジュール１０の正極端子１０ａは、Ｘ方向で隣り合う他の電池モジュール１０の負極端子１０ｂと、バスバー４０ａを介して電気的に接続されている。また、電池モジュール１０の負極端子１０ｂは、Ｘ方向で隣り合う他の電池モジュール１０の正極端子１０ａと、バスバー４０ａを介して電気的に接続されている。複数のバスバー４０ａは、図２に示すように、バスバーモジュール４０として構成されており、バスバーモジュール４０は、複数のバスバー４０ａと、複数のバスバー４０ａを支持する支持プレートとを有している。支持プレートは、例えば、樹脂で形成することができる。

なお、本実施例では、複数の電池モジュール１０が電気的に直列に接続されているが、これに限るものではなく、電気的に並列に接続された電池モジュール１０が含まれていてもよい。

Ｘ方向における電池ユニット１の両端に位置する２つの電池モジュール１０は、エンドプレート２０と接触しており、バスバー４０ａと接続されていない電極端子１０ａ，１０ｂを有する。この電極端子１０ａ，１０ｂには、電池ユニット１の充放電を行うためのケーブル（不図示）が接続される。すなわち、このケーブルを介して、電池ユニット１は、負荷と接続される。

本実施例の電池パックを車両に搭載したときには、負荷として、モータ・ジェネレータを用いることができる。モータ・ジェネレータは、電池ユニット１からの電力を受けて、車両を走行させるための運動エネルギを発生したり、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換して、電池ユニット１に供給したりする。ここで、モータ・ジェネレータおよび電池ユニット１の間の電流経路上に、昇圧回路やインバータを配置することもできる。

次に、エンドプレート２０の具体的な構造について、図３等を用いて説明する。図３は、エンドプレート２０の構造を示す正面図である。

図３に示すように、エンドプレート２０の上端面２０ａには、拘束ロッド３０が接続される接続部２１が設けられている。図２に示すように、拘束ロッド３０の一端は、ボルト４１によって接続部２１に固定される。また、エンドプレート２０の下端面２０ｂには、接続部２３が設けられており、図２に示すように、接続部２３に対しては、拘束ロッドの一端がボルト４２によって固定される。図３に示すように、電池ユニット１の上面に配置される２つの拘束ロッド３０の間隔（Ｙ方向の距離）は、電池ユニット１の下面に配置される２つの拘束ロッドの間隔（Ｙ方向の距離）よりも狭くなっている。

エンドプレート２０には、複数のリブ２２が形成されており、リブ２２は、電池モジュール１０と接触するエンドプレート２０の面（Ｙ−Ｚ平面）に対して直交する方向（Ｘ方向）に突出している。リブ２２によって囲まれた領域では、空間部が形成されている。言い換えれば、エンドプレート２０のうち、電池モジュール１０の側とは反対側の面（後述するブラケット６０が固定される面）は、凹凸面で構成されている。

リブ２２を形成することにより、エンドプレート２０を軽量化させつつ、エンドプレート２０の強度を確保することができる。エンドプレート２０は、例えば、樹脂で形成することができる。本実施例では、リブ２２を図３に示す形状に形成しているが、これに限るものではない。すなわち、エンドプレート２０を軽量化させつつ、エンドプレート２０の強度を確保できればよく、リブ２２の形状（Ｙ−Ｚ平面内の形状）は適宜設定することができる。

また、エンドプレート２０には、ナット８１，８２が固定されている。ナット８１，８２は、ブラケット６０をエンドプレート２０に固定するために用いられる。ここで、図４には、ブラケット６０の正面図を示し、図５には、図４の矢印Ｄで示す方向から見たときのブラケット６０の側面図を示している。

ブラケット６０は、貫通孔６１，６２を有しており、貫通孔６１，６２には、ボルト４３，４４がそれぞれ挿入される。ボルト４３，４４は、貫通孔６１，６２を貫通した状態において、ナット８１，８２と係合する。これにより、ブラケット６０をエンドプレート２０に固定することができる。

ここで、ブラケット６０は、エンドプレート２０の側に突出する爪部６６を有している。爪部６６は、ブラケット６０をエンドプレート２０に対して位置決めするときに用いられる。本実施例では、爪部６６は、エンドプレート２０の下端面２０ｂを形成するリブ２２と接触する。

爪部６６をリブ２２に沿って移動させれば、ブラケット６０をＹ方向にスライドさせることができ、ブラケット６０の貫通孔６１，６２を、ナット８１，８２と重ねることができる。互いに重なった貫通孔６１，６２およびナット８１，８２に対して、ボルト４３，４４を取り付ければ、ブラケット６０をエンドプレート２０に固定することができる。ここで、ナット８１，８２におけるネジ溝部の径よりも、貫通孔６１，６２の径を大きくすることにより、ナット８１，８２に対してボルト４３，４４を容易に取り付けることができる。

また、ブラケット６０には、ケーブル５１〜５３の位置決めに用いられる開口部６３〜６５が形成されている。ケーブル５１〜５３には、クランプ７１〜７３が取り付けられており、クランプ７１〜７３の爪部は、ブラケット６０の開口部６３〜６５に挿入される。

図６には、クランプ７１およびブラケット６０の接続状態を示している。クランプ７１は、突起部７１ａを有しており、突起部７１ａは、ブラケット６０の開口部６３と係合している。図６に示す状態において、突起部７１ａの基端側は、ブラケット６０と接触することにより、突起部７１ａが開口部６３から抜けてしまうのを阻止する。なお、クランプ７２，７３についても、クランプ７１と同様の構造を有している。また、突起部７１ａの形状は、図６に示す形状に限るものではなく、開口部６３と係合して、開口部６３から抜けにくい形状を有していればよい。

ブラケット６０がエンドプレート２０に固定された状態において、クランプ７１〜７３の突起部７１ａ等をブラケット６０の開口部６３〜６５に挿入すると、クランプ７１〜７３の突起部７１ａ等は、リブ２２によって囲まれたスペース内に位置するようになっている。例えば、クランプ７１の突起部７１ａは、図２および図３に示すスペースＳ１内に位置する。

エンドプレート２０において、リブ２２によって囲まれた複数のスペースは、デッドスペースとなるため、このデッドスペースにクランプ７１〜７３の一部を位置させれば、デッドスペースを有効利用して、電池パックの大型化を抑制することができる。また、リブ２２によって囲まれたデッドスペースにナット８１，８２を配置しているため、電池パックの大型化を抑制することができる。

ケーブル５１〜５３は、電池パックに付随して用いられるものであり、例えば、電池ユニット１の充放電に用いられるケーブルや、電池ユニット１の充放電を制御するために用いられるケーブルがある。電池ユニット１の充放電を制御するために用いられるケーブルとしては、例えば、電池モジュール１０の電圧を検出するためのケーブルがある。電池モジュール１０の検出電圧は、電池ユニット１の充放電を制御するために用いられる。

本実施例において、ケーブル５１〜５３は、バスバーモジュール４０およびエンドプレート２０に沿って配置されており、各ケーブル５１〜５３の一端側は、電池ユニット１の上方に導かれている。

クランプ７１〜７３を用いて、ケーブル５１〜５３をブラケット６０に固定した後において、シールド部材１０１によってケーブル５１〜５３を覆う。ここで、ケーブル５１〜５３は、ブラケット６０を介してエンドプレート２０に固定されているため、ケーブル５１〜５３がエンドプレート２０に固定されていない場合に比べて、電池パックの組み立てを容易に行うことができる。

ケーブル５１〜５３がエンドプレート２０に固定されていないときには、手作業等によってケーブル５１〜５３をまとめながら、シールド部材１０１を取り付けなければならない。また、ケーブル５１〜５３は、エンドプレート２０から離れる方向に撓んでしまうことがあり、ケーブル５１〜５３の撓みによって、シールド部材１０１が取り付けにくくなる。

一方、本実施例では、ケーブル５１〜５３がエンドプレート２０に固定されているため、ケーブル５１〜５３を手作業等でまとめる必要もなく、ケーブル５１〜５３がエンドプレート２０から離れる方向に撓むのも抑制することができる。この場合には、シールド部材１０１を取り付けるだけでよいため、電池パックの組み立てを容易に行うことができる。

また、ケーブル５１〜５３を固定しようとするエンドプレート２０の面は、リブ２２が形成されているため、ケーブル５１〜５３を固定しにくい。本実施例では、ブラケット６０を用いることにより、ケーブル５１〜５３を固定する領域を確保することができる。

本実施例では、ブラケット６０において、開口部６３〜６５を形成する位置を変更すれば、ケーブル５１〜５３の配置経路を変更することができる。ここで、クランプ７１〜７３の数よりも多い数の開口部をブラケット６０に形成しておき、複数の開口部のうち、クランプを係合させる開口部を変更することにより、ケーブル５１〜５３の配置経路を変更することができる。

なお、本実施例では、ボルト４３，４４を用いて、ブラケット６０をエンドプレート２０に固定しているが、これに限るものではない。すなわち、ブラケット６０をエンドプレート２０に固定しておくことができればよく、ボルト４３，４４を用いた構造に限るものではない。例えば、エンドプレート２０（リブ２２）に爪部を形成しておき、爪部を用いてブラケット６０を支持することができる。

また、本実施例では、一対のエンドプレート２０のうち、一方のエンドプレート２０に対してブラケット６０を固定しているが、両方のエンドプレート２０に対してブラケット６０を固定することもできる。この場合には、一対のエンドプレート２０のそれぞれにおいて、ケーブルを位置決めすることができる。

さらに、本実施例では、クランプ７１〜７３の突起部７１ａ等を、ブラケット６０の開口部６３〜６５と係合させることにより、ケーブル５１〜５３を位置決めしているが、これに限るものではない。すなわち、エンドプレート２０に固定されたブラケット６０に対して、ケーブル５１〜５３の一部を固定できればよい。例えば、図７に示すように、ブラケット６０にアーム６７を設け、アーム６７によってケーブル５１〜５３を支持することもできる。図７は、本実施例の変形例であるブラケットの構造を示す断面図である。

本発明の実施例２である電池パックについて、図８を用いて説明する。図８は、電池パックにおける一部の構成を示す概略図である。本実施例において、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。以下、実施例１と異なる点について、主に説明する。

図８において、電池ユニット１は、ロアーケース１００およびアッパーケース１０２によって囲まれており、アッパーケース１０２には、ケーブル５１〜５６を通すための溝部１０２ａが形成されている。実施例１においても、図８に示すアッパーケース１０２を用いることができる。

また、エンドプレート２０には、図９に示すように、２つのナット８１，８３が固定されており、ナット８１，８３は、後述するブラケット９０を固定するために用いられる。図１０に示すように、ナット８３は、エンドプレート２０の固定部２４に圧入されている。ナット８１についても、同様の構造で固定することができる。ここで、図１０は、図９におけるエンドプレート２０のＡ−Ａ断面図である。

図１１には、ブラケット９０の正面図を示している。ブラケット９０の長手方向（Ｙ方向）における両端部には、ボルト４３，４４が貫通する貫通孔９１，９２が形成されている。ブラケット９０をエンドプレート２０に固定するときには、まず、貫通孔９１，９２がナット８１，８３と重なるように、ブラケット９０の位置決めを行う。そして、貫通孔９１，９２にボルト４３，４４を挿入するとともに、ボルト４３，４４をナット８１，８３と係合させる。ここで、ナット８１，８３に対する貫通孔９１，９２のずれを許容するために、貫通孔９１は、Ｙ方向に延びている。

また、ブラケット９０には、５つの開口部９３〜９７が形成されており、開口部９３〜９７は、ケーブル５１〜５６を位置決めするために用いられる。具体的には、ケーブル５１に取り付けられたクランプ７１の一部（図６で説明した突起部７１ａに相当する）を、開口部９３に挿入することにより、ケーブル５１をブラケット９０に固定することができる。同様に、ケーブル５２のクランプ７２は、開口部９４に挿入され、ケーブル５３のクランプ７３は、開口部９５に挿入される。

また、ケーブル５４に取り付けられたクランプ７４を、ブラケット９０の開口部９６に挿入することにより、ケーブル５４をブラケット９０に固定することができる。クランプ７５は、２つのケーブル５５，５６を束ねており、クランプ７５は、ブラケット９０の開口部９７に挿入される。これにより、ケーブル５５，５６をブラケット９０に固定することができる。

本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例のブラケット９０は、実施例１で説明したブラケット６０よりも大きく、ブラケット６０に固定されるケーブル５１〜５３の数よりも多い数のケーブル５１〜５６を固定することができる。なお、ブラケット９０に固定することができるケーブルの数は、適宜設定することができる。また、ブラケット９０の外形は、適宜設定することができるが、本実施例のように、貫通孔９１，９２および開口部９３〜９７を含む必要最小限の領域に沿うように、ブラケット９０の外形を形成すれば、ブラケット９０を軽量化することができる。

１：電池ユニット １０：電池モジュール（蓄電素子）
１０ａ：正極端子 １０ｂ：負極端子
２０：エンドプレート ２１，２３：接続部
２２：リブ ３０：拘束ロッド
４０：バスバーモジュール ４０ａ：バスバー
４１〜４４：ボルト ５１〜５３：ケーブル
６０：ブラケット ６１，６２：貫通孔
６３〜６５：開口部 ７１〜７３：クランプ
７１ａ：突起部 ８１，８２：ナット
１００：ロアーケース １０１：シールド部材
１０２：アッパーケース

Claims (7)

1. 一方向に並んで配置された複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子の配列方向において前記複数の蓄電素子を挟み、前記複数の蓄電素子に対して拘束力を与えるための一対のエンドプレートであって、少なくとも一方の前記エンドプレートにおいて、前記複数の蓄電素子の配列方向で前記蓄電素子に対向する面と反対側に位置する面が凹凸面に構成される一対のエンドプレートと、
   前記複数の蓄電素子の充放電又は充放電の制御に用いられるケーブルと、
   前記凹凸面に対して固定され、前記ケーブルの位置決めに用いられるブラケットと、
   を有することを特徴とする蓄電装置。
   
2. 前記ケーブルに取り付けられるクランプを有し、
   前記ブラケットは、前記クランプに形成された突起部と係合する開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記クランプの前記突起部は、前記開口部を貫通した状態で、前記エンドプレートの凹面内に位置していることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記ブラケットは、前記ケーブルの一部を支持するアームを有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
5. 前記エンドプレートは、前記ブラケットを貫通したボルトと係合し、前記ブラケットの固定に用いられるナットを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
6. 前記ブラケットは、前記凹凸面の一部と接触し、前記エンドプレートに対する前記ブラケットの位置決めに用いられる爪部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
7. 前記蓄電装置の外装の一部を構成し、前記ケーブルを覆う位置に配置されたシールド部材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電装置。
   

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