JP3540649B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモーターの電源用に使用される大電流用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車走行用のモーターを駆動する電源に使用される大電流用の電源装置は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。駆動モーターの出力を大きくするためである。この種の用途に使用される電源装置は、極めて大きな電流が流れる。たとえば、ハイブリッド自動車等では、スタートするときや加速するときに、電池の出力で自動車を加速するので、極めて大きな電流が流れる。大電流の用途に使用される電源装置は、電池を連結する部分の電気抵抗を小さくすることが大切である。連結部分の電気抵抗が、電池の出力電力を低下させると共に、電池の電力を無駄に消費するからである。
【０００３】
連結部分の抵抗を小さくするために、この種の用途に使用される電源装置は、電池の電極端子に、厚い金属プレート製のバスバーを止ネジで連結している。止ネジでバスバーを電極端子に連結している電源装置は、連結部分の電気抵抗を小さくでき、また、電池の交換に好都合である。多数の電池を連結している電源装置は、必ずしも、全ての電池の寿命を同じにできない。この種の電源装置は、一部の電池が劣化すると、全体の性能が著しく低下する。このため、劣化した電池を交換できる構造は、この種の電源装置に極めて好都合である。
【０００４】
バスバーで多数の電池を直列に連結して、出力電圧を高くする電源装置は、バスバーを絶縁することが大切である。たとえば、電池にニッケル−水素電池を使用する電源装置は、ひとつの電池の出力電圧は１．２Ｖと低い電圧であるが、これを２００個も直列に連結すると、出力電圧は２４０Ｖと極めて高くなる。このような高い電圧では、接続されたバスバーが剥き出しの状態だと、作業者が誤って高電圧に触れてしまったり、また、バスバーをネジ止め接続するときに、隣接するバスバーが接触してショートしたりする危険がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、図１に示すように、バスバーと電池との間に、プラスチックで成形した絶縁材のエンドプレートを固定する電源装置が開発されている。この図のエンドプレート３は、電池の電極端子を嵌入する開口窓２０を設けている。開口窓２０に嵌入する電極端子に、バスバー４をネジ止めして、隣接する電池を接続している。この構造のエンドプレート３は、バスバー４の全体が外部に表出するので、バスバー間のショートなどを有効に防止できない。さらに、この構造のエンドプレート３を備える電源装置は、組み立てに手間がかかって、作業性が悪くなる欠点がある。それは、バスバー４とエンドプレート３を別々に定位置に固定して組み立てるからである。
【０００６】
この欠点は、特開平１０−２７０００６号公報に記載されるように、金属板のバスバーを、プラスチック製のエンドプレートにインサート成形して埋設した構造で防止できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この構造のエンドプレートは、バスバーをインサートしているので、バスバーとエンドプレートを一緒に固定して、能率よく組み立てできる。しかしながら、この構造の電源装置は、多数の電池を定位置に保持するためのホルダーケースと、バスバーをインサートしているエンドプレートの製作に、極めて高い精度が要求されると共に、メンテナンスが極めて難しくなる欠点がある。
【０００８】
ホルダーケースとエンドプレートに高い精度が要求されるのは、エンドプレートにインサートしているバスバーと、ホルダーケースに保持される電池との相対位置がずれると、バスバーを電池の電極に止ネジで連結する状態で、電池に無理な力が作用するからである。この種の用途に使用される電池は、電池に無理な力が作用しないように連結することが大切である。電池に作用する無理な力が、電池の性能を低下させる原因となるからである。とくに、この種の用途に使用される電源装置は、自動車が走行するときに振動を受けるので、無理な力が作用する状態で振動を受けると、電池に悪い影響を与えることになる。
【０００９】
さらに、バスバーの位置がずれると、止ネジを簡単にねじ込みできなくなって、バスバーの連結に手間がかかって、組み立て作業が難しくなる欠点もある。バスバーの貫通孔が、電池の電極に設けたネジ孔に合わなくなって、止ネジを簡単にバスバーの貫通孔に入れて、ネジ孔に案内できなくなるからである。無理に止ネジを入れると、電池に無理な力がかかってしまう。
【００１０】
さらにまた、バスバーをインサートしているエンドプレートは、腐食したバスバー等の交換ができず、しかもエンドプレートにインサートしている種々のパーツを外部に表出させる状態で補修できないので、能率よくメンテナンスできない欠点もある。この構造の電源装置は、たとえば、エンドプレートにインサートしている一部の部品が故障すると、エンドプレート全体を交換する必要があって、修理コストが極めて高くなる。また、インサートしたパーツを外部に表出できないので、エンドプレートの内部の部品が故障したかどうかの検査が難しく、故障部分の発見も難しくなる。さらにまた、電源装置を廃棄するときには、バスバーとエンドプレートとを分離して解体できないので、部品のリサイクルにおいては、金属とプラスチックの分離が難しく、能率よく有効に再利用するのが難しくなる。
【００１１】
本発明は、このような従来の電源装置の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、能率よく組み立てできると共に、ホルダーケースとエンドプレートを安価に多量生産でき、さらに、メンテナンスを簡単かつ容易にして能率よく補修でき、さらにまた、廃棄する手間を少なくして有効にリサイクルできる電源装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、複数の電源モジュール１を平行に保持するホルダーケース２と、このホルダーケース２に収納された電源モジュール１の電極端子５に連結されて、隣接する電源モジュール１を接続しているバスバー４と、このバスバー４を定位置に保持している絶縁材であるエンドプレート３とを備える。
【００１３】
さらに、本発明の請求項１の電源装置は、エンドプレート３を、互いに積層状態で連結されてなる本体部３Ａとカバー部３Ｂとで構成する。本体部３Ａは電源モジュール１の端部に対向する側に、カバー部３Ｂは本体部３Ａの背面に配設して積層されている。さらに、エンドプレート３は、本体部３Ａの背面に配設しているバスバー４を、本体部３Ａとカバー部３Ｂとの間で挟着して定位置に保持している。本体部３Ａには、背面の定位置に保持しているバスバー４を、電源モジュール１の電極端子５に連結するための開口窓２０を開口している。この開口窓２０を貫通する止ネジ３０が、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結している。
【００１４】
本発明の請求項２の電源装置は、本体部３Ａとカバー部３Ｂの両方の対向する位置に開口窓２０を開口している。この構造のエンドプレート３は、カバー部３Ｂを本体部３Ａに連結して、バスバー４を内蔵させる状態で、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に止ネジ３０で連結できる。
【００１５】
本発明の請求項３の電源装置は、本体部３Ａに、バスバー４を定位置に保持するバスバー嵌着凹部１８を設けている。バスバー嵌着凹部１８は、エンドプレート３をプラスチックで成形するときに設けることができる。この構造のエンドプレート３は、バスバー４を本体部３Ａの定位置に装着できる。ただ、本発明の電源装置は、カバー部３Ｂにバスバー嵌着凹部１８を設けることもできる。
【００１６】
本発明の請求項４の電源装置は、本体部３Ａに、縦方向と横方向に、複数のバスバー４を定位置に保持するバスバー嵌着凹部１８を設けている。この構造のエンドプレート３は、ホルダーケース２の両側に配設されるものを同じ構造とすることができる。
【００１７】
本発明の請求項５の電源装置は、本体部３Ａとカバー部３Ｂとの間に、ヒューズ８を定位置に保持している。この構造は、バスバー４に加えて、ヒューズ８をも簡単にエンドプレート３にセットできる。そして、カバー部３Ｂを本体部３Ａから外して、バスバー４とヒューズ８の両方のメンテナンスを簡単にできる。
【００１８】
本発明の請求項６の電源装置は、本体部３Ａに、電池電圧検出用のリード線９を保持するリード線溝２１を設けている。この構造のエンドプレート３は、リード線９を本体部３Ａの定位置に保持させて、本体部３Ａにカバー部３Ｂを連結できる。リード線９を邪魔にならない状態として、カバー部３Ｂを簡単に本体部３Ａに連結できる。
【００１９】
本発明の請求項７の電源装置は、さらに、リード線溝２１の開口部に、リード線９が出るのを阻止するストッパ爪２２を設けているので、本体部３Ａにリード線９を能率よくセットできる。とくに、複数本のリード線９を能率よく本体部３Ａにセットできる。
【００２０】
本発明の請求項８の電源装置は、本体部３Ａとカバー部３Ｂを、嵌着構造、スポット溶着、局部的な接着、ネジ止のいずれかの構造で連結している。嵌着構造で連結される本体部３Ａとカバー部３Ｂは、簡単に脱着できるので、メンテナンスに極めて便利である。スポット溶着や接着による構造は、局部的に溶着または接着された部分を外して、カバー部３Ｂを本体部３Ａから分離できる。さらに、ネジ止されたカバー部３Ｂは、止ネジを外してカバー部３Ｂを本体部３Ａから分離できる。
【００２１】
本発明の請求項９の電源装置は、本体部３Ａの周縁に沿って周壁２８を一体成形して設けている。カバー部３Ｂは、その外形を、周壁２８内側の形状にほぼ等しく形成している。このエンドプレート３は、本体部３Ａの周壁２８の内側にカバー部３Ｂを嵌入して、カバー部３Ｂを本体部３Ａの定位置に連結できる。
【００２２】
本発明の請求項１０の電源装置は、本体部３Ａに、センサー連結板２５を定位置に保持するための連結板嵌着凹部２６を設けている。この構造のエンドプレート３は、バスバー４とセンサー連結板２５の両方を定位置にセットできる。そして、カバー部３Ｂを開いて、バスバー４とセンサー連結板２５の両方を表出させて便利にメンテナンスできる。
【００２３】
本発明の請求項１１の電源装置は、二次電池６の＋−の電極を、金属板を介して、あるいは金属板を介することなく直接に溶着して電源モジュール１をホルダーケース２に内蔵させている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００２５】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２６】
電源装置は、図２に示すように、複数の電源モジュール１を平行に保持するホルダーケース２と、このホルダーケース２の端部に位置して、ホルダーケース２に収納された電源モジュール１の端部に設けられた電極端子５にねじ止めして固定されるバスバー４と、このバスバー４を定位置に配設してホルダーケース２の端部に固定されるエンドプレート３とを備える。
【００２７】
電源モジュール１は、複数の二次電池、あるいは静電容量の大きなスーパーキャバシタを直線状に接続したもので、図の電源モジュール１は、６本の二次電池６を、直線状に直列に連結している。スーパーキャバシタを使用する電源モジュールは、複数のスーパーキャバシタを並列に接続している。ただし、電源モジュールは１本の二次電池やスーパーキャバシタで構成することもできる。図２に示す電源モジュール１は、円筒型の二次電池６を皿状接続体７で直線状に連結している。電源モジュール１の両端には、正極端子と負極端子からなる電極端子５を連結している。
【００２８】
図２に示す電源装置の回路図を図３に示す。この図に示す電源装置は８列×２段の電源モジュール１を内蔵しており、各電源モジュール１は直列に接続している。各電源モジュール１を接続するバスバー４は、ヒューズ８を介して電源モジュール１の電圧を検出するためのリード線９を接続している。
【００２９】
皿状接続体７が電池６を直線状に連結する構造を、図４と図５に示している。この構造の電源モジュール１は、皿状接続体７の円盤部７Ａを、円筒型電池６の正極に溶接して接続している。皿状接続体７の円盤部７Ａは、円筒型電池６の正極に溶接するプロジェクション７ａを設けている。皿状接続体７のプロジェクション７ａが正極に溶接されるとき、プロジェクション７ａの上面に溶接用電極棒が押圧される。皿状接続体７と円筒型電池６とのショートを阻止するために、皿状接続体７と円筒型電池６との間に、リング状に絶縁体１０が挟着される。
【００３０】
さらに、皿状接続体７は、フランジ部７Ｂの内側に円筒型電池６を挿入して、フランジ部７Ｂを円筒型電池６の負極である外装缶６Ａに溶接する。フランジ部７Ｂも、円盤部７Ａと同じように、内面に設けたプロジェクション７ａを外装缶６Ａに溶接する。このとき、フランジ部７Ｂには、プロジェクション７ａの外側に溶接用電極棒が押圧される。
【００３１】
直列に連結される電池６は、皿状接続体７を使用することなく、図６の断面図に示すように、Ｕ曲したリード板１１の対向面を互いに溶接して連結することもできる。この図の電源モジュール１は、電池６を放電させる方向に、大電流をパルス通電して、Ｕ曲したリード板１１の対向面を溶着する。リード板１１は、たとえば、１ＫＡの電流を約１５ミリ秒間流す大電流パルス通電で溶着できる。
【００３２】
さらに、電池６は、図７の断面図に示すように、電池６の＋−の電極の間に金属板１２を挟着する状態で、電池６を放電させる方向に大電流パルス通電処理をして、金属板１２を電池６の電極に溶着することもできる。
【００３３】
さらにまた、図８に示すように、電池６の間に金属板を挟着することなく、電池６の＋−の電極を直接に溶着することもできる。この電池６は、正極端子である封口板の上部表面に円錐状の突起を設け、この突起を隣接する電池６の負極端子に大電流パルス通電して溶接している。
【００３４】
図６ないし図８に示すように、皿状接続体７を使用しないで、直接に電池６の＋−の電極を溶接して連結し、あるいは、＋−の電極を金属板の両面に直接に溶接して連結している電源モジュール１は、電池間の電気抵抗を極めて小さくできる。また、電池６の連結強度を強くできる特長もある。
【００３５】
互いに直列に連結された電源モジュール１は、図９と図１０に示すように、電池６の正極側には正極端子５Ａを接続し、負極側には負極端子５Ｂを接続する。正極端子５Ａの中央凸部と、負極端子５Ｂは、図１１と図１２の斜視図で示すように、四角柱状に成形している。正極端子５Ａの中央凸部と、負極端子５Ｂとを四角柱状とするのは、エンドプレート３に設けた開口窓２０に嵌入して、複数の電源モジュール１を位置決めして接続するためである。正極端子５Ａと負極端子５Ｂである電極端子５は、バスバー４を連結する雌ネジ孔５ａを中心に設けている。
【００３６】
電源モジュール１の二次電池６は、ニッケル−水素電池である。ただ、電源モジュール１の二次電池６は、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン二次電池等を使用することもできる。
【００３７】
電源モジュール１は、図２に示すように、各電池６の表面に温度センサー１３を固定している。温度センサー１３は、電池温度を検出できる素子である。この温度センサー１３には、好ましくは、電池温度で電気抵抗が変化するにＰＴＣが使用される。各電池６の表面に固定される温度センサー１３は、センサーリード１４を介して直列に、直線状に連結されて、電源モジュール１の表面に縦方向に延長して固定される。温度センサー１３とセンサーリード１４は、表面を被覆する熱収縮チューブ等で電池６の表面に固定される。
【００３８】
ホルダーケース２は、図１３の分解斜視図において上下に図示している蓋ケース２Ａと、上下の蓋ケース２Ａの間に配設される中間ケース２Ｂとを備える。蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、全体をプラスチックで成形している。蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、電源モジュール１を挟着して定位置に保持するために、ホルダーリブ１５を一体成形している。図に示す蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、両端縁と中間に、複数列のホルダーリブ１５を平行に設けている。ホルダーリブ１５は、蓋ケース２Ａの内面と、中間ケース２Ｂの両面に設けられる。ホルダーリブ１５は、円筒状の電源モジュール１を定位置に保持するために、電源モジュール１の外形に沿って湾曲している半円状の保持凹部１５Ａを設けている。ホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａは、電源モジュール１の表面に沿う形状に成形される。したがって、電源モジュールが多角柱状である場合、保持凹部の形状は多角柱に沿う形状に成形される。
【００３９】
電源モジュール１は、保持凹部１５Ａに嵌着されて、定位置に挟着状態で保持される。ホルダーリブ１５は、保持凹部１５Ａに沿ってゴム状弾性体の緩衝パッキン１６を連結して、電池６の耐衝撃性を向上できる。図１３のホルダーケース２は、２列のホルダーリブ１５に緩衝パッキン１６を連結している。緩衝パッキン１６は、図１４に示すように、ホルダーリブに沿う形状に成形している。図１３に示す緩衝パッキン１６は、図１４に示す緩衝パッキン１６の凹部を対向させて連結した状態を示している。緩衝パッキン１６は、互いに対向する凹部の間に電源モジュール１を介在させて、これに密着する状態で挟着して保持する。ホルダーリブ１５に緩衝パッキン１６を連結しているホルダーケース２は、緩衝パッキン１６に振動を吸収させて、電源モジュール１を振動から防止できる。
【００４０】
ホルダーリブ１５は、電源モジュール１の表面に凸条の状態で突出している温度センサー１３とセンサーリード１４を案内するためのガイド溝１７を、保持凹部１５Ａの底部に設けている。温度センサー１３とセンサーリード１４を保持凹部１５Ａに入れて、ホルダーリブ１５は保持凹部１５Ａで電源モジュール１を挟着して定位置に保持する。
【００４１】
以上の構造のホルダーケース２は、以下の状態で組み立てて、電源モジュール１を平行に保持する。
▲１▼ 下側の蓋ケース２Ａを水平に置いて、ホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａに電源モジュール１を入れて平行に並べる。図の蓋ケース２Ａは、ホルダーリブ１５に８列に電源モジュール１を並べる。電源モジュール１は、両端面を同一平面とするように、ホルダーリブ１５に並べる。このとき、電源モジュール１の表面に突出している温度センサー１３とセンサーリード１４を、ホルダーリブ１５のガイド溝１７に案内する。
▲２▼ 下側の蓋ケース２Ａに中間ケース２Ｂを載せる。中間ケース２Ｂは、下面に突出しているホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａに、電源モジュール１を入れて、決められた位置に積層される。
▲３▼ 中間ケース２Ｂの上面に突出しているホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａに電源モジュール１を入れて平行に並べる。このときも、電源モジュール１の両端が同一平面となるように、電源モジュール１を並べる。
▲４▼ 上側の蓋ケース２Ａを、電源モジュール１の上に載せて、蓋ケース２Ａを定位置に積層する。この状態で、蓋ケース２Ａの下面に突出しているホルダーリブ１５は、保持凹部１５Ａに電源モジュール１が案内される。
▲５▼ 上下の蓋ケース２Ａを連結ネジ（図示せず）で連結して、上下の蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂとを連結して固定する。連結ネジは上下の蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂを貫通して、これ等を連結する。連結ネジは、上下の蓋ケース２Ａの四隅部とその中間を連結する。
【００４２】
以上の状態で、定位置に電源モジュール１を保持しているホルダーケース２に、エンドプレート３が固定される。エンドプレート３は、ホルダーケース２の電源モジュール１を直列に接続するバスバー４を内蔵している。バスバー４を定位置に保持するエンドプレート３は、図１５と図１６の分解斜視図に示すように、互いに積層状態で連結される本体部３Ａとカバー部３Ｂを備える。本体部３Ａとカバー部３Ｂは、プラスチックで別々に一体成形して製造される。本体部３Ａは、電源モジュール１と対向する側に配設され、カバー部３Ｂは本体部３Ａの背面に配設される。
【００４３】
本体部３Ａは、電源モジュール１を直列に連結するバスバー４を背面に配設している。ここに配設されるバスバー４は、本体部３Ａとカバー部３Ｂとの間に挟着されて、エンドプレート３の定位置に保持される。
【００４４】
図の本体部３Ａは、バスバー４を定位置に保持するためのバスバー嵌着凹部１８を背面に成形している。バスバー嵌着凹部１８は、金属板であるバスバー４を定位置に嵌着できるように、長方形のバスバー４の外形にほぼ等しく、正確にはこれよりも多少大きな長方形である。図１５と図１６の斜視図、および図１７に示す本体部３Ａは、バスバー嵌着凹部１８を、横方向に延長して設けている。本明細書において、バスバー４の縦横は、バスバー４の長手方向を横方向とし、この方向と直交する方向を縦方向とする。図１８に示す本体部３Ａは、バスバー嵌着凹部１８を縦方向に延長して設けている。さらに、図１９に示す本体部３Ａは、縦横にバスバー嵌着凹部１８を設けている。バスバー嵌着凹部１８は、ここにバスバー４を嵌着して、バスバー４で電源モジュール１を直列に連結する。
【００４５】
バスバー嵌着凹部１８の開口部には、バスバー４が出るのを阻止するストッパ爪１９を一体成形して設けている。ストッパ爪１９は、バスバー嵌着凹部１８の開口部から内側に突出して設けられる。図に示すストッパ爪１９は、バスバー嵌着凹部１８の開口部にあって、長辺のほぼ中央に内側に突出して設けられる。ストッパ爪１９の突出高さを大きくすると、バスバー４はバスバー嵌着凹部１８から出難くなるが、バスバー４をバスバー嵌着凹部１８に入れるのが難しくなる。反対に、ストッパ爪１９を低くすると、バスバー４をバスバー嵌着凹部１８に入れやすくなるが、バスバー４がバスバー嵌着凹部１８から出やすくなる。ストッパ爪１９は、バスバー４をスムーズにバスバー嵌着凹部１８に入れることができて、バスバー嵌着凹部１８に入れたバスバー４が出るのを効果的に阻止できるように、バスバー嵌着凹部１８の開口部から内側に突出して設けられる。
【００４６】
図２に示すホルダーケース２は、上下２段で、各段に８列の電源モジュール１を収納している。この電源モジュール１は、一方のエンドプレート３に横方向に内蔵されるバスバー４で一端を直列に連結して、他方のエンドプレート３に縦方向に内蔵されるバスバー４で直列に連結して、図２０の概略図に示すように、全ての電源モジュール１を直列に連結する。したがって、ホルダーケース２の一方の端部に固定されるエンドプレート３は、図１５、図１６及び図１７に示すように、バスバー４を横方向に内蔵しており、ホルダーケース２の他方の端部に固定されるエンドプレート３は、図１８に示すように、バスバー４を縦方向に内蔵している。図１９に示すように、縦横にバスバー嵌着凹部１８を設けている本体部３Ａは、ホルダーケース２の両端に固定できる。
【００４７】
本体部３Ａは、バスバー嵌着凹部１８の両端部に、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結する開口窓２０を開口している。開口窓２０は、電池６の電極に固定している電極端子５を回転しない状態で嵌入できる形状に開口される。図に示す電源モジュール１は、方形状の電極端子５を両端に固定している。この電極端子５を嵌入するために、開口窓２０は電極端子５の外形にほぼ等しく、正確には電極端子５よりも多少大きな内形に開口されている。この構造の本体部３Ａは、電源モジュール１の電極端子５を開口窓２０に嵌入して、電源モジュール１を回転しないように保持して、バスバー４を連結できる。
【００４８】
さらに、図に示す本体部３Ａは、リード線を定位置に保持するリード線溝２１を設けている。リード線溝２１は、バスバー嵌着凹部１８と平行に設けられる。リード線溝２１の開口部にも、リード線が出るのを阻止するストッパ爪２２を設けている。ストッパ爪２２は、リード線溝２１の開口部の対向する位置に配設される。対向するストッパ爪２２の間隔は、リード線の太さにほぼ等しい。このストッパ爪２２は、リード線をリード線溝２１に入れやすく、リード線をリード線溝２１から出難くできる。
【００４９】
リード線は、各電源モジュール１の電圧を検出するために、ヒューズ８を介してバスバー４に接続される。本体部３Ａは、ヒューズ８を定位置に配設するために、ヒューズ凹部２３を設けている。ヒューズ凹部２３はリード線溝２１に連結して設けられる。ヒューズ凹部２３とバスバー嵌着凹部１８との間の壁には、ヒューズ８をバスバー４に連結するリード板を配設する切欠２４を設けている。
【００５０】
さらに、図１５と図１６に示す本体部３Ａは、センサー連結板２５を定位置に保持する連結板嵌着凹部２６を背面に設けている。連結板嵌着凹部２６は、バスバー嵌着凹部１８に隣接して、バスバー嵌着凹部１８よりも外側にあって、バスバー嵌着凹部１８と平行に設けられる。連結板嵌着凹部２６に嵌入されるセンサー連結板２５は、電源モジュール１に固定される温度センサー１３を直列に連結する。電源モジュール１は、図２に示すように、電極端子５に隣接して、センサーリード１４を突出させている。このセンサーリード１４がセンサー連結板２５に連結されて、全ての温度センサー１３は直列に連結される。
【００５１】
センサーリード１４をセンサー連結板２５に連結するために、本体部３Ａは、センサーリード１４を通過させる連結孔２７を貫通して設けている。連結孔２７は、連結板嵌着凹部２６の端部に隣接して、連結板嵌着凹部２６よりも外側に開口されている。電源モジュール１から突出するセンサーリード１４は、本体部３Ａの連結孔２７を通過してセンサー連結板２５に連結されて、全ての温度センサー１３を直列に連結する。互いに直列に接続された温度センサー１３は、リード線を介して、外部に検出信号を出力する。いずれかの温度センサー１３が、電池温度が異常に高くなったことを検出すると、温度センサー１３からの信号を外部に接続している保護回路等で処理して、たとえば、電池６の充放電電流を制限し、あるいは、電流を遮断して電池６を保護する。
【００５２】
本体部３Ａは、カバー部３Ｂを定位置に保持するために、背面に突出して周縁に沿って周壁２８を一体成形して設けている。周壁２８のある本体部３Ａは、カバー部３Ｂを正確に位置ずれしないように積層して固定できる。さらに、周壁２８の内側に、カバー部３Ｂと防水カバー２９の両方を積層して定位置に連結して固定できる。また、周壁２８の内側に、防水カバー２９を連結して固定する構造は、防水カバー２９の外周と周壁２８の内面とを防水構造として、エンドプレート３を確実に防水構造にできる特長もある。
【００５３】
カバー部３Ｂは、本体部３Ａの背面に積層して固定されて、バスバー嵌着凹部１８と連結板嵌着凹部２６とリード線溝２１の開口部を閉塞する。この状態で、本体部３Ａとカバー部３Ｂは、バスバー４とセンサー連結板２５とリード線とを挟着する状態で、定位置に保持する。本体部３Ａにカバー部３Ｂを連結して固定する状態で、バスバー４とセンサー連結板２５とリード線とは、定位置にセットされて外部に出ることはない。カバー部３Ｂは外形を、本体部３Ａに設けた周壁２８の内形にほぼ等しくしている。ここに嵌入して、カバー部３Ｂを本体部３Ａの定位置に積層するためである。
【００５４】
図１５と図１６に示すカバー部３Ｂは、本体部３Ａに設けている開口窓２０と同じ位置に開口窓２０を開口している。このエンドプレート３は、本体部３Ａとカバー部３Ｂの両方の対向する位置に開口窓２０を開口して、エンドプレート３に内蔵されるバスバー４を電源モジュール１の電極端子５に止ネジ３０で連結できる。
【００５５】
さらに、カバー部３Ｂは、電源モジュール１のセンサーリード１４をセンサー連結板２５に連結するための切欠部３１を外周に設けている。切欠部３１は、開口窓２０の外側に配設される。そして、カバー部３Ｂは、外周と開口窓２０の周縁に沿って、凸条を一体成形して設けている。凸条は、カバー部３Ｂを補強すると共に、開口窓２０や切欠部３１からエンドプレート３の内部に水等が侵入するのを有効に防止する。
【００５６】
図１５と図１６のカバー部３Ｂは、リード線を外部にエンドプレート３から引き出すための引出開口３２を両端部に開口している。リード線溝２１にセットされたリード線は、引出開口３２から外部に引き出される。
【００５７】
カバー部３Ｂを本体部３Ａの周壁２８に嵌入して連結できるように、カバー部３Ｂは、ストッパ凸部３３を外周面に一体成形して設けている。図に示すカバー部３Ｂは、全体の形状を方形状としているカバー部３Ｂの各辺に、複数個のストッパ凸部３３を突出するように成形している。このストッパ凸部３３を案内するストッパ凹部３４は、本体部３Ａの周壁２８の内面に設けられる。ストッパ凹部３４は、図２１に示すように、周壁２８に設けた貫通孔とすることもできる。カバー部３Ｂは、図２１に示すように、ストッパ凸部３３をストッパ凹部３４に案内して、本体部３Ａの定位置に連結して固定される。この図のエンドプレート３は、カバー部３Ｂにストッパ凸部３３を設けて、本体部３Ａにストッパ凹部３４を設けているが、カバー部にストッパ凹部を、本体部にストッパ凸部を設けて、カバー部を本体部の定位置に連結することもできる。また、本体部の周壁内面にのみストッパ凸部を設けて、このストッパ凸部よりも内側にカバー部を押し込んで、カバー部を本体部に連結することもできる。
【００５８】
以上の嵌着構造で、カバー部３Ｂと本体部３Ａとを連結しているエンドプレート３は、カバー部３Ｂを本体部３Ａに簡単かつ容易に、しかも迅速に脱着して連結できる特長がある。ただ、カバー部は、スポット溶着、局部的な接着、ネジ止等の構造で本体部に連結することもできる。
【００５９】
カバー部３Ｂの外側面に積層される防水カバー２９はプラスチック板で、外周の形状を、本体部３Ａの周壁２８の内側形状にほぼ等しく成形して、リード線の引出切欠２９Ａと、電源コードの取出穴２９Ｂとを開口している。
【００６０】
以上の構造のエンドプレート３は、本体部３Ａに、バスバー４とセンサー連結板２５とヒューズ８とを決められた位置に配設して、背面にカバー部３Ｂを固定する。この状態で、電源モジュール１を定位置に保持しているホルダーケース２にエンドプレート３を固定し、図２１の断面図に示すように、カバー部３Ｂの開口窓２０に入れる止ネジ３０で、エンドプレート３のバスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結する。エンドプレート３をホルダーケース２に連結した状態で、バスバー４を電極端子５に簡単に能率よく連結できる。ただ、エンドプレート３は、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結した後、ホルダーケース２に連結して固定することもできる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、能率よく組み立てできることに加えて、ホルダーケースとエンドプレートを安価に多量生産できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、エンドプレートを、積層状態で連結してなる本体部とカバー部に分割すると共に、この本体部とカバー部との間にバスバーを挟着して定位置に保持し、このバスバーを電極端子に連結しているからである。
【００６２】
さらに、本発明の電源装置は、メンテナンスを簡単かつ容易にして、しかも能率よく補修できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、複数の電池を接続するバスバーをエンドプレートにインサート等の構造で固定するのではなく、本体部とカバー部の間に挟着する状態で定位置に保持しているからである。すなわち、本体部とカバー部とバスバーとを別々のパーツとして、バスバーを本体部とカバー部とで定位置に保持するので、たとえば、本体部とバスバーを固定する状態で、カバー部を外すことによって、各々のバスバーを簡単に交換できる。また、バスバー以外のパーツであって、本体部とカバー部との間に配設する全てのパーツを、各々簡単に交換できる特長もある。
【００６３】
さらにまた、本発明の電源装置は、廃棄する手間を少なくして、バスバーとエンドプレートの両方を有効にリサイクルして再利用できる特長もある。それは、カバー部を本体部から分離して、金属製のバスバーとエンドプレートとを簡単に分離できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置のエンドプレートの斜視図
【図２】本発明の実施例の電源装置の分解斜視図
【図３】本発明の実施例の電源装置の回路図
【図４】図２に示す電源装置に内蔵される電源モジュールの側面図
【図５】図４に示す電源モジュールの電池の連結構造を示す分解断面図
【図６】電源モジュールの電池の連結構造の他の一例を示す断面図
【図７】電源モジュールの電池の連結構造の他の一例を示す断面図
【図８】電源モジュールの電池の連結構造の他の一例を示す断面図
【図９】図４に示す電源モジュールの正極側の電極端子の連結構造を示す分解断面図
【図１０】図４に示す電源モジュールの負極側の電極端子の連結構造を示す分解断面図
【図１１】図９に示す正極端子の拡大斜視図
【図１２】図１０に示す負極端子の拡大斜視図
【図１３】図２に示す電源装置のホルダーケースの分解斜視図
【図１４】図１３に示すホルダーケースのホルダーリブに連結される緩衝パッキンの拡大斜視図
【図１５】図２に示す電源装置のエンドプレートの分解斜視図
【図１６】図１５に示すエンドプレートを組み立てる状態を示す分解斜視図
【図１７】図１５に示すエンドプレートの本体部の平面図
【図１８】エンドプレートの本体部の他の一例を示す平面図
【図１９】エンドプレートの本体部の他の一例を示す平面図
【図２０】複数の電源モジュールをバスバーで直列に連結する状態を示す概略斜視図
【図２１】エンドプレートのバスバーと電源モジュールとの連結構造を示す断面図
【符号の説明】
１…電源モジュール
２…ホルダーケース ２Ａ…蓋ケース ２Ｂ…中間ケース
３…エンドプレート ３Ａ…本体部 ３Ｂ…カバー部
４…バスバー
５…電極端子 ５Ａ…正極端子 ５Ｂ…負極端子
５ａ…雌ネジ孔
６…電池 ６Ａ…外装缶
７…皿状接続体 ７Ａ…円盤部 ７Ｂ…フランジ部
７ａ…プロジェクション
８…ヒューズ
９…リード線
１０…絶縁体
１１…リード板
１２…金属板
１３…温度センサー
１４…センサーリード
１５…ホルダーリブ １５Ａ…保持凹部
１６…緩衝パッキン
１７…ガイド溝
１８…バスバー嵌着凹部
１９…ストッパ爪
２０…開口窓
２１…リード線溝
２２…ストッパ爪
２３…ヒューズ凹部
２４…切欠
２５…センサー連結板
２６…連結板嵌着凹部
２７…連結孔
２８…周壁
２９…防水カバー ２９Ａ…引出切欠 ２９Ｂ…取出穴
３０…止ネジ
３１…切欠部
３２…引出開口
３３…ストッパ凸部
３４…ストッパ凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモーターの電源用に使用される大電流用の電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車走行用のモーターを駆動する電源に使用される大電流用の電源装置は、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。駆動モーターの出力を大きくするためである。この種の用途に使用される電源装置は、極めて大きな電流が流れる。たとえば、ハイブリッド自動車等では、スタートするときや加速するときに、電池の出力で自動車を加速するので、極めて大きな電流が流れる。大電流の用途に使用される電源装置は、電池を連結する部分の電気抵抗を小さくすることが大切である。連結部分の電気抵抗が、電池の出力電力を低下させると共に、電池の電力を無駄に消費するからである。
【０００３】
連結部分の抵抗を小さくするために、この種の用途に使用される電源装置は、電池の電極端子に、厚い金属プレート製のバスバーを止ネジで連結している。止ネジでバスバーを電極端子に連結している電源装置は、連結部分の電気抵抗を小さくでき、また、電池の交換に好都合である。多数の電池を連結している電源装置は、必ずしも、全ての電池の寿命を同じにできない。この種の電源装置は、一部の電池が劣化すると、全体の性能が著しく低下する。このため、劣化した電池を交換できる構造は、この種の電源装置に極めて好都合である。
【０００４】
バスバーで多数の電池を直列に連結して、出力電圧を高くする電源装置は、バスバーを絶縁することが大切である。たとえば、電池にニッケル−水素電池を使用する電源装置は、ひとつの電池の出力電圧は１．２Ｖと低い電圧であるが、これを２００個も直列に連結すると、出力電圧は２４０Ｖと極めて高くなる。このような高い電圧では、接続されたバスバーが剥き出しの状態だと、作業者が誤って高電圧に触れてしまったり、また、バスバーをネジ止め接続するときに、隣接するバスバーが接触してショートしたりする危険がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、図１に示すように、バスバーと電池との間に、プラスチックで成形した絶縁材のエンドプレートを固定する電源装置が開発されている。この図のエンドプレート３は、電池の電極端子を嵌入する開口窓２０を設けている。開口窓２０に嵌入する電極端子に、バスバー４をネジ止めして、隣接する電池を接続している。この構造のエンドプレート３は、バスバー４の全体が外部に表出するので、バスバー間のショートなどを有効に防止できない。さらに、この構造のエンドプレート３を備える電源装置は、組み立てに手間がかかって、作業性が悪くなる欠点がある。それは、バスバー４とエンドプレート３を別々に定位置に固定して組み立てるからである。
【０００６】
この欠点は、特開平１０−２７０００６号公報に記載されるように、金属板のバスバーを、プラスチック製のエンドプレートにインサート成形して埋設した構造で防止できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この構造のエンドプレートは、バスバーをインサートしているので、バスバーとエンドプレートを一緒に固定して、能率よく組み立てできる。しかしながら、この構造の電源装置は、多数の電池を定位置に保持するためのホルダーケースと、バスバーをインサートしているエンドプレートの製作に、極めて高い精度が要求されると共に、メンテナンスが極めて難しくなる欠点がある。
【０００８】
ホルダーケースとエンドプレートに高い精度が要求されるのは、エンドプレートにインサートしているバスバーと、ホルダーケースに保持される電池との相対位置がずれると、バスバーを電池の電極に止ネジで連結する状態で、電池に無理な力が作用するからである。この種の用途に使用される電池は、電池に無理な力が作用しないように連結することが大切である。電池に作用する無理な力が、電池の性能を低下させる原因となるからである。とくに、この種の用途に使用される電源装置は、自動車が走行するときに振動を受けるので、無理な力が作用する状態で振動を受けると、電池に悪い影響を与えることになる。
【０００９】
さらに、バスバーの位置がずれると、止ネジを簡単にねじ込みできなくなって、バスバーの連結に手間がかかって、組み立て作業が難しくなる欠点もある。バスバーの貫通孔が、電池の電極に設けたネジ孔に合わなくなって、止ネジを簡単にバスバーの貫通孔に入れて、ネジ孔に案内できなくなるからである。無理に止ネジを入れると、電池に無理な力がかかってしまう。
【００１０】
さらにまた、バスバーをインサートしているエンドプレートは、腐食したバスバー等の交換ができず、しかもエンドプレートにインサートしている種々のパーツを外部に表出させる状態で補修できないので、能率よくメンテナンスできない欠点もある。この構造の電源装置は、たとえば、エンドプレートにインサートしている一部の部品が故障すると、エンドプレート全体を交換する必要があって、修理コストが極めて高くなる。また、インサートしたパーツを外部に表出できないので、エンドプレートの内部の部品が故障したかどうかの検査が難しく、故障部分の発見も難しくなる。さらにまた、電源装置を廃棄するときには、バスバーとエンドプレートとを分離して解体できないので、部品のリサイクルにおいては、金属とプラスチックの分離が難しく、能率よく有効に再利用するのが難しくなる。
【００１１】
本発明は、このような従来の電源装置の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、能率よく組み立てできると共に、ホルダーケースとエンドプレートを安価に多量生産でき、さらに、メンテナンスを簡単かつ容易にして能率よく補修でき、さらにまた、廃棄する手間を少なくして有効にリサイクルできる電源装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電源装置は、複数の電源モジュール１を平行に保持するホルダーケース２と、このホルダーケース２に収納された電源モジュール１の電極端子５に連結されて、隣接する電源モジュール１を接続しているバスバー４と、このバスバー４を定位置に保持している絶縁材であるエンドプレート３とを備える。
【００１３】
さらに、本発明の請求項１の電源装置は、エンドプレート３を、互いに積層状態で連結されてなる本体部３Ａとカバー部３Ｂとで構成する。本体部３Ａは電源モジュール１の端部に対向する側に、カバー部３Ｂは本体部３Ａの背面に配設して積層されている。さらに、エンドプレート３は、本体部３Ａの背面に配設しているバスバー４を、本体部３Ａとカバー部３Ｂとの間で挟着して定位置に保持している。本体部３Ａには、背面の定位置に保持しているバスバー４を、電源モジュール１の電極端子５に連結するための開口窓２０を開口している。この開口窓２０を貫通する止ネジ３０が、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結している。
【００１４】
本発明の請求項２の電源装置は、本体部３Ａとカバー部３Ｂの両方の対向する位置に開口窓２０を開口している。この構造のエンドプレート３は、カバー部３Ｂを本体部３Ａに連結して、バスバー４を内蔵させる状態で、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に止ネジ３０で連結できる。
【００１５】
本発明の請求項３の電源装置は、本体部３Ａに、バスバー４を定位置に保持するバスバー嵌着凹部１８を設けている。バスバー嵌着凹部１８は、エンドプレート３をプラスチックで成形するときに設けることができる。この構造のエンドプレート３は、バスバー４を本体部３Ａの定位置に装着できる。ただ、本発明の電源装置は、カバー部３Ｂにバスバー嵌着凹部１８を設けることもできる。
【００１６】
本発明の請求項４の電源装置は、本体部３Ａに、縦方向と横方向に、複数のバスバー４を定位置に保持するバスバー嵌着凹部１８を設けている。この構造のエンドプレート３は、ホルダーケース２の両側に配設されるものを同じ構造とすることができる。
【００１７】
本発明の請求項５の電源装置は、本体部３Ａとカバー部３Ｂとの間に、ヒューズ８を定位置に保持している。この構造は、バスバー４に加えて、ヒューズ８をも簡単にエンドプレート３にセットできる。そして、カバー部３Ｂを本体部３Ａから外して、バスバー４とヒューズ８の両方のメンテナンスを簡単にできる。
【００１８】
本発明の請求項６の電源装置は、本体部３Ａに、電池電圧検出用のリード線９を保持するリード線溝２１を設けている。この構造のエンドプレート３は、リード線９を本体部３Ａの定位置に保持させて、本体部３Ａにカバー部３Ｂを連結できる。リード線９を邪魔にならない状態として、カバー部３Ｂを簡単に本体部３Ａに連結できる。
【００１９】
本発明の請求項７の電源装置は、さらに、リード線溝２１の開口部に、リード線９が出るのを阻止するストッパ爪２２を設けているので、本体部３Ａにリード線９を能率よくセットできる。とくに、複数本のリード線９を能率よく本体部３Ａにセットできる。
【００２０】
本発明の請求項８の電源装置は、本体部３Ａとカバー部３Ｂを、嵌着構造、スポット溶着、局部的な接着、ネジ止のいずれかの構造で連結している。嵌着構造で連結される本体部３Ａとカバー部３Ｂは、簡単に脱着できるので、メンテナンスに極めて便利である。スポット溶着や接着による構造は、局部的に溶着または接着された部分を外して、カバー部３Ｂを本体部３Ａから分離できる。さらに、ネジ止されたカバー部３Ｂは、止ネジを外してカバー部３Ｂを本体部３Ａから分離できる。
【００２１】
本発明の請求項９の電源装置は、本体部３Ａの周縁に沿って周壁２８を一体成形して設けている。カバー部３Ｂは、その外形を、周壁２８内側の形状にほぼ等しく形成している。このエンドプレート３は、本体部３Ａの周壁２８の内側にカバー部３Ｂを嵌入して、カバー部３Ｂを本体部３Ａの定位置に連結できる。
【００２２】
本発明の請求項１０の電源装置は、本体部３Ａに、センサー連結板２５を定位置に保持するための連結板嵌着凹部２６を設けている。この構造のエンドプレート３は、バスバー４とセンサー連結板２５の両方を定位置にセットできる。そして、カバー部３Ｂを開いて、バスバー４とセンサー連結板２５の両方を表出させて便利にメンテナンスできる。
【００２３】
本発明の請求項１１の電源装置は、二次電池６の＋−の電極を、金属板を介して、あるいは金属板を介することなく直接に溶着して電源モジュール１をホルダーケース２に内蔵させている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。
【００２５】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２６】
電源装置は、図２に示すように、複数の電源モジュール１を平行に保持するホルダーケース２と、このホルダーケース２の端部に位置して、ホルダーケース２に収納された電源モジュール１の端部に設けられた電極端子５にねじ止めして固定されるバスバー４と、このバスバー４を定位置に配設してホルダーケース２の端部に固定されるエンドプレート３とを備える。
【００２７】
電源モジュール１は、複数の二次電池、あるいは静電容量の大きなスーパーキャバシタを直線状に接続したもので、図の電源モジュール１は、６本の二次電池６を、直線状に直列に連結している。スーパーキャバシタを使用する電源モジュールは、複数のスーパーキャバシタを並列に接続している。ただし、電源モジュールは１本の二次電池やスーパーキャバシタで構成することもできる。図２に示す電源モジュール１は、円筒型の二次電池６を皿状接続体７で直線状に連結している。電源モジュール１の両端には、正極端子と負極端子からなる電極端子５を連結している。
【００２８】
図２に示す電源装置の回路図を図３に示す。この図に示す電源装置は８列×２段の電源モジュール１を内蔵しており、各電源モジュール１は直列に接続している。各電源モジュール１を接続するバスバー４は、ヒューズ８を介して電源モジュール１の電圧を検出するためのリード線９を接続している。
【００２９】
皿状接続体７が電池６を直線状に連結する構造を、図４と図５に示している。この構造の電源モジュール１は、皿状接続体７の円盤部７Ａを、円筒型電池６の正極に溶接して接続している。皿状接続体７の円盤部７Ａは、円筒型電池６の正極に溶接するプロジェクション７ａを設けている。皿状接続体７のプロジェクション７ａが正極に溶接されるとき、プロジェクション７ａの上面に溶接用電極棒が押圧される。皿状接続体７と円筒型電池６とのショートを阻止するために、皿状接続体７と円筒型電池６との間に、リング状に絶縁体１０が挟着される。
【００３０】
さらに、皿状接続体７は、フランジ部７Ｂの内側に円筒型電池６を挿入して、フランジ部７Ｂを円筒型電池６の負極である外装缶６Ａに溶接する。フランジ部７Ｂも、円盤部７Ａと同じように、内面に設けたプロジェクション７ａを外装缶６Ａに溶接する。このとき、フランジ部７Ｂには、プロジェクション７ａの外側に溶接用電極棒が押圧される。
【００３１】
直列に連結される電池６は、皿状接続体７を使用することなく、図６の断面図に示すように、Ｕ曲したリード板１１の対向面を互いに溶接して連結することもできる。この図の電源モジュール１は、電池６を放電させる方向に、大電流をパルス通電して、Ｕ曲したリード板１１の対向面を溶着する。リード板１１は、たとえば、１ＫＡの電流を約１５ミリ秒間流す大電流パルス通電で溶着できる。
【００３２】
さらに、電池６は、図７の断面図に示すように、電池６の＋−の電極の間に金属板１２を挟着する状態で、電池６を放電させる方向に大電流パルス通電処理をして、金属板１２を電池６の電極に溶着することもできる。
【００３３】
さらにまた、図８に示すように、電池６の間に金属板を挟着することなく、電池６の＋−の電極を直接に溶着することもできる。この電池６は、正極端子である封口板の上部表面に円錐状の突起を設け、この突起を隣接する電池６の負極端子に大電流パルス通電して溶接している。
【００３４】
図６ないし図８に示すように、皿状接続体７を使用しないで、直接に電池６の＋−の電極を溶接して連結し、あるいは、＋−の電極を金属板の両面に直接に溶接して連結している電源モジュール１は、電池間の電気抵抗を極めて小さくできる。また、電池６の連結強度を強くできる特長もある。
【００３５】
互いに直列に連結された電源モジュール１は、図９と図１０に示すように、電池６の正極側には正極端子５Ａを接続し、負極側には負極端子５Ｂを接続する。正極端子５Ａの中央凸部と、負極端子５Ｂは、図１１と図１２の斜視図で示すように、四角柱状に成形している。正極端子５Ａの中央凸部と、負極端子５Ｂとを四角柱状とするのは、エンドプレート３に設けた開口窓２０に嵌入して、複数の電源モジュール１を位置決めして接続するためである。正極端子５Ａと負極端子５Ｂである電極端子５は、バスバー４を連結する雌ネジ孔５ａを中心に設けている。
【００３６】
電源モジュール１の二次電池６は、ニッケル−水素電池である。ただ、電源モジュール１の二次電池６は、ニッケル−カドミウム電池やリチウムイオン二次電池等を使用することもできる。
【００３７】
電源モジュール１は、図２に示すように、各電池６の表面に温度センサー１３を固定している。温度センサー１３は、電池温度を検出できる素子である。この温度センサー１３には、好ましくは、電池温度で電気抵抗が変化するにＰＴＣが使用される。各電池６の表面に固定される温度センサー１３は、センサーリード１４を介して直列に、直線状に連結されて、電源モジュール１の表面に縦方向に延長して固定される。温度センサー１３とセンサーリード１４は、表面を被覆する熱収縮チューブ等で電池６の表面に固定される。
【００３８】
ホルダーケース２は、図１３の分解斜視図において上下に図示している蓋ケース２Ａと、上下の蓋ケース２Ａの間に配設される中間ケース２Ｂとを備える。蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、全体をプラスチックで成形している。蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、電源モジュール１を挟着して定位置に保持するために、ホルダーリブ１５を一体成形している。図に示す蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂは、両端縁と中間に、複数列のホルダーリブ１５を平行に設けている。ホルダーリブ１５は、蓋ケース２Ａの内面と、中間ケース２Ｂの両面に設けられる。ホルダーリブ１５は、円筒状の電源モジュール１を定位置に保持するために、電源モジュール１の外形に沿って湾曲している半円状の保持凹部１５Ａを設けている。ホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａは、電源モジュール１の表面に沿う形状に成形される。したがって、電源モジュールが多角柱状である場合、保持凹部の形状は多角柱に沿う形状に成形される。
【００３９】
電源モジュール１は、保持凹部１５Ａに嵌着されて、定位置に挟着状態で保持される。ホルダーリブ１５は、保持凹部１５Ａに沿ってゴム状弾性体の緩衝パッキン１６を連結して、電池６の耐衝撃性を向上できる。図１３のホルダーケース２は、２列のホルダーリブ１５に緩衝パッキン１６を連結している。緩衝パッキン１６は、図１４に示すように、ホルダーリブに沿う形状に成形している。図１３に示す緩衝パッキン１６は、図１４に示す緩衝パッキン１６の凹部を対向させて連結した状態を示している。緩衝パッキン１６は、互いに対向する凹部の間に電源モジュール１を介在させて、これに密着する状態で挟着して保持する。ホルダーリブ１５に緩衝パッキン１６を連結しているホルダーケース２は、緩衝パッキン１６に振動を吸収させて、電源モジュール１を振動から防止できる。
【００４０】
ホルダーリブ１５は、電源モジュール１の表面に凸条の状態で突出している温度センサー１３とセンサーリード１４を案内するためのガイド溝１７を、保持凹部１５Ａの底部に設けている。温度センサー１３とセンサーリード１４を保持凹部１５Ａに入れて、ホルダーリブ１５は保持凹部１５Ａで電源モジュール１を挟着して定位置に保持する。
【００４１】
以上の構造のホルダーケース２は、以下の状態で組み立てて、電源モジュール１を平行に保持する。
▲１▼ 下側の蓋ケース２Ａを水平に置いて、ホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａに電源モジュール１を入れて平行に並べる。図の蓋ケース２Ａは、ホルダーリブ１５に８列に電源モジュール１を並べる。電源モジュール１は、両端面を同一平面とするように、ホルダーリブ１５に並べる。このとき、電源モジュール１の表面に突出している温度センサー１３とセンサーリード１４を、ホルダーリブ１５のガイド溝１７に案内する。
▲２▼ 下側の蓋ケース２Ａに中間ケース２Ｂを載せる。中間ケース２Ｂは、下面に突出しているホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａに、電源モジュール１を入れて、決められた位置に積層される。
▲３▼ 中間ケース２Ｂの上面に突出しているホルダーリブ１５の保持凹部１５Ａに電源モジュール１を入れて平行に並べる。このときも、電源モジュール１の両端が同一平面となるように、電源モジュール１を並べる。
▲４▼ 上側の蓋ケース２Ａを、電源モジュール１の上に載せて、蓋ケース２Ａを定位置に積層する。この状態で、蓋ケース２Ａの下面に突出しているホルダーリブ１５は、保持凹部１５Ａに電源モジュール１が案内される。
▲５▼ 上下の蓋ケース２Ａを連結ネジ（図示せず）で連結して、上下の蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂとを連結して固定する。連結ネジは上下の蓋ケース２Ａと中間ケース２Ｂを貫通して、これ等を連結する。連結ネジは、上下の蓋ケース２Ａの四隅部とその中間を連結する。
【００４２】
以上の状態で、定位置に電源モジュール１を保持しているホルダーケース２に、エンドプレート３が固定される。エンドプレート３は、ホルダーケース２の電源モジュール１を直列に接続するバスバー４を内蔵している。バスバー４を定位置に保持するエンドプレート３は、図１５と図１６の分解斜視図に示すように、互いに積層状態で連結される本体部３Ａとカバー部３Ｂを備える。本体部３Ａとカバー部３Ｂは、プラスチックで別々に一体成形して製造される。本体部３Ａは、電源モジュール１と対向する側に配設され、カバー部３Ｂは本体部３Ａの背面に配設される。
【００４３】
本体部３Ａは、電源モジュール１を直列に連結するバスバー４を背面に配設している。ここに配設されるバスバー４は、本体部３Ａとカバー部３Ｂとの間に挟着されて、エンドプレート３の定位置に保持される。
【００４４】
図の本体部３Ａは、バスバー４を定位置に保持するためのバスバー嵌着凹部１８を背面に成形している。バスバー嵌着凹部１８は、金属板であるバスバー４を定位置に嵌着できるように、長方形のバスバー４の外形にほぼ等しく、正確にはこれよりも多少大きな長方形である。図１５と図１６の斜視図、および図１７に示す本体部３Ａは、バスバー嵌着凹部１８を、横方向に延長して設けている。本明細書において、バスバー４の縦横は、バスバー４の長手方向を横方向とし、この方向と直交する方向を縦方向とする。図１８に示す本体部３Ａは、バスバー嵌着凹部１８を縦方向に延長して設けている。さらに、図１９に示す本体部３Ａは、縦横にバスバー嵌着凹部１８を設けている。バスバー嵌着凹部１８は、ここにバスバー４を嵌着して、バスバー４で電源モジュール１を直列に連結する。
【００４５】
バスバー嵌着凹部１８の開口部には、バスバー４が出るのを阻止するストッパ爪１９を一体成形して設けている。ストッパ爪１９は、バスバー嵌着凹部１８の開口部から内側に突出して設けられる。図に示すストッパ爪１９は、バスバー嵌着凹部１８の開口部にあって、長辺のほぼ中央に内側に突出して設けられる。ストッパ爪１９の突出高さを大きくすると、バスバー４はバスバー嵌着凹部１８から出難くなるが、バスバー４をバスバー嵌着凹部１８に入れるのが難しくなる。反対に、ストッパ爪１９を低くすると、バスバー４をバスバー嵌着凹部１８に入れやすくなるが、バスバー４がバスバー嵌着凹部１８から出やすくなる。ストッパ爪１９は、バスバー４をスムーズにバスバー嵌着凹部１８に入れることができて、バスバー嵌着凹部１８に入れたバスバー４が出るのを効果的に阻止できるように、バスバー嵌着凹部１８の開口部から内側に突出して設けられる。
【００４６】
図２に示すホルダーケース２は、上下２段で、各段に８列の電源モジュール１を収納している。この電源モジュール１は、一方のエンドプレート３に横方向に内蔵されるバスバー４で一端を直列に連結して、他方のエンドプレート３に縦方向に内蔵されるバスバー４で直列に連結して、図２０の概略図に示すように、全ての電源モジュール１を直列に連結する。したがって、ホルダーケース２の一方の端部に固定されるエンドプレート３は、図１５、図１６及び図１７に示すように、バスバー４を横方向に内蔵しており、ホルダーケース２の他方の端部に固定されるエンドプレート３は、図１８に示すように、バスバー４を縦方向に内蔵している。図１９に示すように、縦横にバスバー嵌着凹部１８を設けている本体部３Ａは、ホルダーケース２の両端に固定できる。
【００４７】
本体部３Ａは、バスバー嵌着凹部１８の両端部に、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結する開口窓２０を開口している。開口窓２０は、電池６の電極に固定している電極端子５を回転しない状態で嵌入できる形状に開口される。図に示す電源モジュール１は、方形状の電極端子５を両端に固定している。この電極端子５を嵌入するために、開口窓２０は電極端子５の外形にほぼ等しく、正確には電極端子５よりも多少大きな内形に開口されている。この構造の本体部３Ａは、電源モジュール１の電極端子５を開口窓２０に嵌入して、電源モジュール１を回転しないように保持して、バスバー４を連結できる。
【００４８】
さらに、図に示す本体部３Ａは、リード線を定位置に保持するリード線溝２１を設けている。リード線溝２１は、バスバー嵌着凹部１８と平行に設けられる。リード線溝２１の開口部にも、リード線が出るのを阻止するストッパ爪２２を設けている。ストッパ爪２２は、リード線溝２１の開口部の対向する位置に配設される。対向するストッパ爪２２の間隔は、リード線の太さにほぼ等しい。このストッパ爪２２は、リード線をリード線溝２１に入れやすく、リード線をリード線溝２１から出難くできる。
【００４９】
リード線は、各電源モジュール１の電圧を検出するために、ヒューズ８を介してバスバー４に接続される。本体部３Ａは、ヒューズ８を定位置に配設するために、ヒューズ凹部２３を設けている。ヒューズ凹部２３はリード線溝２１に連結して設けられる。ヒューズ凹部２３とバスバー嵌着凹部１８との間の壁には、ヒューズ８をバスバー４に連結するリード板を配設する切欠２４を設けている。
【００５０】
さらに、図１５と図１６に示す本体部３Ａは、センサー連結板２５を定位置に保持する連結板嵌着凹部２６を背面に設けている。連結板嵌着凹部２６は、バスバー嵌着凹部１８に隣接して、バスバー嵌着凹部１８よりも外側にあって、バスバー嵌着凹部１８と平行に設けられる。連結板嵌着凹部２６に嵌入されるセンサー連結板２５は、電源モジュール１に固定される温度センサー１３を直列に連結する。電源モジュール１は、図２に示すように、電極端子５に隣接して、センサーリード１４を突出させている。このセンサーリード１４がセンサー連結板２５に連結されて、全ての温度センサー１３は直列に連結される。
【００５１】
センサーリード１４をセンサー連結板２５に連結するために、本体部３Ａは、センサーリード１４を通過させる連結孔２７を貫通して設けている。連結孔２７は、連結板嵌着凹部２６の端部に隣接して、連結板嵌着凹部２６よりも外側に開口されている。電源モジュール１から突出するセンサーリード１４は、本体部３Ａの連結孔２７を通過してセンサー連結板２５に連結されて、全ての温度センサー１３を直列に連結する。互いに直列に接続された温度センサー１３は、リード線を介して、外部に検出信号を出力する。いずれかの温度センサー１３が、電池温度が異常に高くなったことを検出すると、温度センサー１３からの信号を外部に接続している保護回路等で処理して、たとえば、電池６の充放電電流を制限し、あるいは、電流を遮断して電池６を保護する。
【００５２】
本体部３Ａは、カバー部３Ｂを定位置に保持するために、背面に突出して周縁に沿って周壁２８を一体成形して設けている。周壁２８のある本体部３Ａは、カバー部３Ｂを正確に位置ずれしないように積層して固定できる。さらに、周壁２８の内側に、カバー部３Ｂと防水カバー２９の両方を積層して定位置に連結して固定できる。また、周壁２８の内側に、防水カバー２９を連結して固定する構造は、防水カバー２９の外周と周壁２８の内面とを防水構造として、エンドプレート３を確実に防水構造にできる特長もある。
【００５３】
カバー部３Ｂは、本体部３Ａの背面に積層して固定されて、バスバー嵌着凹部１８と連結板嵌着凹部２６とリード線溝２１の開口部を閉塞する。この状態で、本体部３Ａとカバー部３Ｂは、バスバー４とセンサー連結板２５とリード線とを挟着する状態で、定位置に保持する。本体部３Ａにカバー部３Ｂを連結して固定する状態で、バスバー４とセンサー連結板２５とリード線とは、定位置にセットされて外部に出ることはない。カバー部３Ｂは外形を、本体部３Ａに設けた周壁２８の内形にほぼ等しくしている。ここに嵌入して、カバー部３Ｂを本体部３Ａの定位置に積層するためである。
【００５４】
図１５と図１６に示すカバー部３Ｂは、本体部３Ａに設けている開口窓２０と同じ位置に開口窓２０を開口している。このエンドプレート３は、本体部３Ａとカバー部３Ｂの両方の対向する位置に開口窓２０を開口して、エンドプレート３に内蔵されるバスバー４を電源モジュール１の電極端子５に止ネジ３０で連結できる。
【００５５】
さらに、カバー部３Ｂは、電源モジュール１のセンサーリード１４をセンサー連結板２５に連結するための切欠部３１を外周に設けている。切欠部３１は、開口窓２０の外側に配設される。そして、カバー部３Ｂは、外周と開口窓２０の周縁に沿って、凸条を一体成形して設けている。凸条は、カバー部３Ｂを補強すると共に、開口窓２０や切欠部３１からエンドプレート３の内部に水等が侵入するのを有効に防止する。
【００５６】
図１５と図１６のカバー部３Ｂは、リード線を外部にエンドプレート３から引き出すための引出開口３２を両端部に開口している。リード線溝２１にセットされたリード線は、引出開口３２から外部に引き出される。
【００５７】
カバー部３Ｂを本体部３Ａの周壁２８に嵌入して連結できるように、カバー部３Ｂは、ストッパ凸部３３を外周面に一体成形して設けている。図に示すカバー部３Ｂは、全体の形状を方形状としているカバー部３Ｂの各辺に、複数個のストッパ凸部３３を突出するように成形している。このストッパ凸部３３を案内するストッパ凹部３４は、本体部３Ａの周壁２８の内面に設けられる。ストッパ凹部３４は、図２１に示すように、周壁２８に設けた貫通孔とすることもできる。カバー部３Ｂは、図２１に示すように、ストッパ凸部３３をストッパ凹部３４に案内して、本体部３Ａの定位置に連結して固定される。この図のエンドプレート３は、カバー部３Ｂにストッパ凸部３３を設けて、本体部３Ａにストッパ凹部３４を設けているが、カバー部にストッパ凹部を、本体部にストッパ凸部を設けて、カバー部を本体部の定位置に連結することもできる。また、本体部の周壁内面にのみストッパ凸部を設けて、このストッパ凸部よりも内側にカバー部を押し込んで、カバー部を本体部に連結することもできる。
【００５８】
以上の嵌着構造で、カバー部３Ｂと本体部３Ａとを連結しているエンドプレート３は、カバー部３Ｂを本体部３Ａに簡単かつ容易に、しかも迅速に脱着して連結できる特長がある。ただ、カバー部は、スポット溶着、局部的な接着、ネジ止等の構造で本体部に連結することもできる。
【００５９】
カバー部３Ｂの外側面に積層される防水カバー２９はプラスチック板で、外周の形状を、本体部３Ａの周壁２８の内側形状にほぼ等しく成形して、リード線の引出切欠２９Ａと、電源コードの取出穴２９Ｂとを開口している。
【００６０】
以上の構造のエンドプレート３は、本体部３Ａに、バスバー４とセンサー連結板２５とヒューズ８とを決められた位置に配設して、背面にカバー部３Ｂを固定する。この状態で、電源モジュール１を定位置に保持しているホルダーケース２にエンドプレート３を固定し、図２１の断面図に示すように、カバー部３Ｂの開口窓２０に入れる止ネジ３０で、エンドプレート３のバスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結する。エンドプレート３をホルダーケース２に連結した状態で、バスバー４を電極端子５に簡単に能率よく連結できる。ただ、エンドプレート３は、バスバー４を電源モジュール１の電極端子５に連結した後、ホルダーケース２に連結して固定することもできる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の電源装置は、能率よく組み立てできることに加えて、ホルダーケースとエンドプレートを安価に多量生産できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、エンドプレートを、積層状態で連結してなる本体部とカバー部に分割すると共に、この本体部とカバー部との間にバスバーを挟着して定位置に保持し、このバスバーを電極端子に連結しているからである。
【００６２】
さらに、本発明の電源装置は、メンテナンスを簡単かつ容易にして、しかも能率よく補修できる特長がある。それは、本発明の電源装置が、複数の電池を接続するバスバーをエンドプレートにインサート等の構造で固定するのではなく、本体部とカバー部の間に挟着する状態で定位置に保持しているからである。すなわち、本体部とカバー部とバスバーとを別々のパーツとして、バスバーを本体部とカバー部とで定位置に保持するので、たとえば、本体部とバスバーを固定する状態で、カバー部を外すことによって、各々のバスバーを簡単に交換できる。また、バスバー以外のパーツであって、本体部とカバー部との間に配設する全てのパーツを、各々簡単に交換できる特長もある。
【００６３】
さらにまた、本発明の電源装置は、廃棄する手間を少なくして、バスバーとエンドプレートの両方を有効にリサイクルして再利用できる特長もある。それは、カバー部を本体部から分離して、金属製のバスバーとエンドプレートとを簡単に分離できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電源装置のエンドプレートの斜視図
【図２】本発明の実施例の電源装置の分解斜視図
【図３】本発明の実施例の電源装置の回路図
【図４】図２に示す電源装置に内蔵される電源モジュールの側面図
【図５】図４に示す電源モジュールの電池の連結構造を示す分解断面図
【図６】電源モジュールの電池の連結構造の他の一例を示す断面図
【図７】電源モジュールの電池の連結構造の他の一例を示す断面図
【図８】電源モジュールの電池の連結構造の他の一例を示す断面図
【図９】図４に示す電源モジュールの正極側の電極端子の連結構造を示す分解断面図
【図１０】図４に示す電源モジュールの負極側の電極端子の連結構造を示す分解断面図
【図１１】図９に示す正極端子の拡大斜視図
【図１２】図１０に示す負極端子の拡大斜視図
【図１３】図２に示す電源装置のホルダーケースの分解斜視図
【図１４】図１３に示すホルダーケースのホルダーリブに連結される緩衝パッキンの拡大斜視図
【図１５】図２に示す電源装置のエンドプレートの分解斜視図
【図１６】図１５に示すエンドプレートを組み立てる状態を示す分解斜視図
【図１７】図１５に示すエンドプレートの本体部の平面図
【図１８】エンドプレートの本体部の他の一例を示す平面図
【図１９】エンドプレートの本体部の他の一例を示す平面図
【図２０】複数の電源モジュールをバスバーで直列に連結する状態を示す概略斜視図
【図２１】エンドプレートのバスバーと電源モジュールとの連結構造を示す断面図
【符号の説明】
１…電源モジュール
２…ホルダーケース ２Ａ…蓋ケース ２Ｂ…中間ケース
３…エンドプレート ３Ａ…本体部 ３Ｂ…カバー部
４…バスバー
５…電極端子 ５Ａ…正極端子 ５Ｂ…負極端子
５ａ…雌ネジ孔
６…電池 ６Ａ…外装缶
７…皿状接続体 ７Ａ…円盤部 ７Ｂ…フランジ部
７ａ…プロジェクション
８…ヒューズ
９…リード線
１０…絶縁体
１１…リード板
１２…金属板
１３…温度センサー
１４…センサーリード
１５…ホルダーリブ １５Ａ…保持凹部
１６…緩衝パッキン
１７…ガイド溝
１８…バスバー嵌着凹部
１９…ストッパ爪
２０…開口窓
２１…リード線溝
２２…ストッパ爪
２３…ヒューズ凹部
２４…切欠
２５…センサー連結板
２６…連結板嵌着凹部
２７…連結孔
２８…周壁
２９…防水カバー ２９Ａ…引出切欠 ２９Ｂ…取出穴
３０…止ネジ
３１…切欠部
３２…引出開口
３３…ストッパ凸部
３４…ストッパ凹部
Claims (11)
- 複数の電源モジュール(1)を平行に保持するホルダーケース(2)と、このホルダーケース(2)に収納された電源モジュール(1)の電極端子(5)に連結されて、隣接する電源モジュール(1)を接続しているバスバー(4)と、このバスバー(4)を定位置に保持している絶縁材であるエンドプレート(3)とを備える電源装置において、
エンドプレート(3)が、互いに積層状態で連結されてなる本体部(3A)とカバー部(3B)とを備えており、本体部(3A)は電源モジュール(1)の端部に対向する側に、カバー部(3B)は本体部(3A)の背面に配設して積層されており、
さらに、エンドプレート(3)は、本体部(3A)の背面に配設しているバスバー(4)を、本体部(3A)とカバー部(3B)との間に挟着して定位置に保持しており、
本体部(3A)には、背面の定位置に保持しているバスバー(4)を電源モジュール(1)の電極端子(5)に連結するための開口窓(20)を有し、開口窓(20)に貫通する止ネジ(30)でもって、バスバー(4)を電源モジュール(1)の電極端子(5)に連結してなることを特徴とする電源装置。 - 本体部(3A)とカバー部(3B)の両方の対向する位置に開口窓(20)を開口している請求項１に記載される電源装置。
- 本体部(3A)がバスバー(4)を定位置に保持するバスバー嵌着凹部(18)を有する請求項１に記載される電源装置。
- 本体部(3A)が、複数のバスバー(4)を定位置に保持するバスバー嵌着凹部(18)を縦方向と横方向に有する請求項３に記載される電源装置。
- 本体部(3A)とカバー部(3B)との間に、ヒューズ(8)を定位置に保持している請求項１に記載される電源装置。
- 本体部(3A)に、電源モジュール(1)の電圧を検出するリード線(9)を保持するリード線溝(21)を設けている請求項１に記載される電源装置。
- リード線溝(21)の開口部に、リード線(9)が出るのを阻止するストッパ爪(22)を設けている請求項６に記載される電源装置。
- 本体部(3A)とカバー部(3B)を、嵌着構造、スポット溶着、局部的な接着、ネジ止のいずれかの構造で連結している請求項１に記載される電源装置。
- 本体部(3A)の周縁に沿って周壁(28)を一体成形して設けており、カバー部(3B)の外形を周壁(28)内側の形状にほぼ等しく形成して、本体部(3A)の周壁(28)の内側にカバー部(3B)を嵌入して、カバー部(3B)を本体部(3A)の定位置に連結している請求項８に記載される電源装置。
- 本体部(3A)にセンサー連結板(25)を定位置に保持する連結板嵌着凹部(26)を設けている請求項１に記載される電源装置。
- 電源モジュール(1)が、二次電池(6)の＋−の電極を、金属板を介して、あるいは金属板を介することなく直接に溶着してなる電池を内蔵する請求項１に記載される電源装置。
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