JP2015088312A

JP2015088312A - 電源装置

Info

Publication number: JP2015088312A
Application number: JP2013225402A
Authority: JP
Inventors: 遠藤　康浩; Yasuhiro Endo; 康浩遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】上下段の各電池スタックを接続する接続ケーブルの配設スペースを効率化して電源装置の小型化を図る。【解決手段】電源装置は、複数の蓄電素子が積層された蓄電スタックを上下方向に複数段積み上げて構成されるとともに、上段の第１蓄電スタックと下段の第２蓄電スタックとが接続ケーブルを介して接続される。電源装置は、上下段の蓄電スタック間に配置されるフロア部材に、第１蓄電スタックに面する上面に設けられ、第１蓄電スタックの接続端子から延びる第１接続ケーブルと接続される第１接続コネクタと、第２蓄電スタックに面する下面に設けられ、第２蓄電スタックの接続端子と接続される第２接続コネクタと、フロア部材の内部に形成され、第１接続コネクタ及び第２接続コネクタを接続する第２接続ケーブルが挿通する配線スペースと、が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の電池セルを積層した電池スタックを複数段積み上げて構成される電源装置に関する

例えば、複数の電池セルが積層された電池スタックを、上下方向に複数段積み上げて組電池を構成することができる（特許文献１）。上下方向に積み上げられる各電池スタックは、フロア部材に固定され、上下段の電池スタックそれぞれがフロア部材で仕切られた各空間に配置されている。

特開２０１２―１２４０７１号公報特開２００９−１６３９３２号公報特開２０１２−１２８９８２号公報

しかしながら、上段電池スタックと下段電池スタックとをワイヤーハーネスで接続する際、上下段の電池スタックの間に配置されるフロア部材と下段の電池スタックとの間に、ワイヤーハーネスの配線スペースなど設ける必要がある。このため、例えば、上段電池スタックが固定されるフロア部材と下段電池スタックとの間を広く（高く）設けなければならず、電源装置の小型化が図れない。

本発明は、複数の電池セルを積層した電池スタックを複数段積み上げて構成される電源装置において、上下段の各電池スタックを接続する接続ケーブルの配設スペースを効率化して電源装置の小型化を図ることを目的とする。

本願発明は、複数の蓄電素子が積層された蓄電スタックを上下方向に複数段積み上げて構成されるとともに、上段の第１蓄電スタックと下段の第２蓄電スタックとが接続ケーブルを介して接続される電源装置である。電源装置は、上下段の蓄電スタック間に配置されるフロア部材を備え、フロア部材に、第１蓄電スタックに面する上面に設けられ、第１蓄電スタックの接続端子から延びる第１接続ケーブルと接続される第１接続コネクタと、第２蓄電スタックに面する下面に設けられ、第２蓄電スタックの接続端子と接続される第２接続コネクタと、フロア部材の内部に形成され、第１接続コネクタ及び第２接続コネクタを接続する第２接続ケーブルが挿通する配線スペースと、が設けられている。

本願発明によれば、下段の蓄電スタックの接続端子に接続される接続コネクタ（第２接続コネクタ）及び接続ケーブル（第２接続ケーブル）がフロア部材の内部に集約される。このため、フロア部材と下段の蓄電スタックとの間に接続コネクタ及び接続ケーブルの配線スペースを設ける必要がないため、電源装置の高さ方向の小型化を図ることができる。

電源装置１の構成を示す図である。接続コネクタ及び接続ケーブルが配置されたフロア部材の一例を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１及び図２は、本発明の実施例１を示す図である。図１は、本実施例である電源装置１の側面図である。なお、図１及び図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る。本実施例では、鉛直方向に相当する軸を、Ｚ軸としている。

本実施例の電源装置（電池パック）１は、車両に搭載することができる。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では、車両を走行させるための動力源として、電源装置１の他に、燃料電池や内燃機関を備えた車両である。電気自動車は、動力源として、電源装置１だけを備えた車両である。モータ・ジェネレータを用いて、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すれば、電気エネルギを電源装置１に蓄えることができる。

電源装置１は、複数の電池スタック１０を含んで構成される。電池スタック１０（蓄電スタックに相当する）は、Ｙ方向に複数の単電池１１を積層し、各単電池（蓄電素子に相当する）１１を電気的に接続した組電池である。単電池１１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（コンデンサ）を用いることができる。電池スタック１０を構成する単電池１１の数は、適宜設定することができる。

電池スタック１０において、Ｙ方向における複数の単電池１１の両端には、一対のエンドプレート１２が配置されている。一対のエンドプレート１２には、Ｙ方向に延びる拘束バンド１３が接続されている。拘束バンド１３の両端を一対のエンドプレート１２に固定することにより、電池スタック１０を構成する複数の単電池１１に対して拘束力を与えることができる。拘束力とは、Ｙ方向において単電池１１を挟む力である。

図１の例では、電池スタック１０（単電池１１）のＸ方向の各側面に、拘束バンド１３が配置され、拘束バンド１３のＹ方向端部が、エンドプレート１２のＹ方向端面と接続されている。なお、拘束バンド１３は、電池スタック１０のＺ方向上面又は下面に位置するように構成することもできる。また、拘束バンド１３の数やその断面形状は、適宜設定することができる。

Ｚ方向における単電池１１の上面には、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂがそれぞれ設けられている。正極端子１１ａは、単電池１１の外装を構成するケース内に収容された発電要素の正極と接続されており、負極端子１１ｂは、発電要素の負極と接続されている。

発電要素は、充放電を行う要素であり、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有することができる。正極板は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極板は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。正極活物質層は、正極活物質や導電剤などを含んでおり、負極活物質層は、負極活物質や導電剤などを含んでいる。

Ｙ方向で隣り合う２つの単電池１１において、一方の単電池１１の正極端子１１ａは、バスバー１４を介して、他方の単電池１１の負極端子１１ｂと電気的に接続される。Ｙ方向に並んで配置された複数の単電池１１は、バスバー１４によって電気的に直列に接続される。

本実施例の電源装置１は、例えば、フロア部材３０に電池スタック１０を固定し、フロア部材３０と一体となった電池スタック１０を、Ｚ方向に積み上げて各フロア部材３０をＺ方向に延びる支柱４０に固定することで、形成することができる。

図１に示すように、フロア部材３０Ａに固定された電池スタック１０Ａが上段、フロア部材３０Ｂに固定された電池スタック１０Ｂが下段となるように、各フロア部材３０Ａ，３０ＢをＺ方向に離間して支柱４０に取り付けることができる。

電池スタック１０Ａとフロア部材３０Ａとは、Ｌ字状に形成する固定部材６０を介して固定することができる。図１の例のように、固定部材５０をエンドプレート１２のＹ方向端面及びフロア部材３０Ａの上面３１それぞれに固定することで、電池スタック１０Ａをフロア部材３０Ａに固定することができる。

なお、図１の例では、フロア部材３０Ａにおいて、電池スタック１０ＡのＹ方向両端におけるエンドプレート１２に対応する位置に、台座Ｄが設けられている。台座Ｄは、フロア部材３０Ａの上面（載設面）３１からＺ方向上方に突出しており、電池スタック１０ＡのＺ方向下面と上面３１との間にスペースを形成するために設けられる。このスペースは、例えば、電池スタック１０Ａに接触する冷却風の冷却経路である。なお、台座Ｄを設けずに、上面３１に電池スタック１０Ａの下面が接触するように、フロア部材３０Ａに電池スタック１０Ａを固定してもよい。電池スタック１０Ｂとフロア部材３０Ｂについても同様の構成である。

支柱４０は、例えば、フロア部材３０Ａ，３０Ｂの四隅等に対応して４つ設けることができ、各支柱４０とフロア部材３０Ａ，３０Ｂとを溶接等することで固定し、電池スタック１０Ａ，１０ＢをＺ方向に複数段積み上げるように電源装置１を構成することができる。

このように複数の単電池１１が積層された電池スタック１０Ａ，１０ＢをＺ方向上下に複数段積み上げて構成される電源装置１において、上段の電池スタック１０Ａと下段の電池スタック１０Ｂとをワイヤーハーネス等の接続ケーブルで接続することができるが、上述したように、例えば、下段に配置される電池スタック１０Ｂの電極端子とワイヤーハーネスとを接続する場合、下段の電池スタック１０Ｂとフロア部材３０Ａとの間に、ワイヤーハーネスの配線スペース及びワイヤーハーネスの接続コネクタの配置スペースを確保しなければならず、電源装置１のＺ方向高さが高くなってしまう。

そこで、本実施例の電源装置１は、図２に示すように、上下段の電池スタック１０Ａ，１０Ｂ間に配置されるフロア部材３０Ａに、電池スタック１０Ａに面する上面３１に設けられ、電池スタック１０Ａの電極端子（接続端子）から延びるワイヤーハーネスＷ１（第１接続ケーブルに相当する）と接続される接続コネクタＣ１（第１接続コネクタに相当する）と、電池スタック１０Ｂに面する下面３２に設けられ、電池スタック１０Ｂの電極端子（接続端子）と接続される接続コネクタＣ２（第２接続コネクタに相当する）とを設け、さらに、接続コネクタＣ１及び接続コネクタＣ２を接続するワイヤーハーネスＷ２（第２接続ケーブルに相当する）が挿通する配線スペースをフロア部材３０Ａの内部に形成する。

図２は、接続コネクタＣ１，Ｃ２及びワイヤーハーネスＷ２が配置されたフロア部材３０Ａの一例を示す図である。なお、ワイヤーハーネスは、電力供給や信号通信などに用いられるケーブルであり、本実施例では、電力供給線としてのワイヤーハーネスを介して電池スタック１０Ａの電極端子と電池スタック１０Ｂの電極端子とが接続される態様を一例に説明する。

図２に示すように、フロア部材３０Ａは、断面形状がロ字状又はコの字状で内部が中空となるように構成することができる。電池スタック１０Ａが固定される上面３１には、電池スタック１０Ａの上面側に位置する電極端子に接続されるワイヤーハーネスＷ１と接続する接続コネクタＣ１が埋設されている。なお、ワイヤーハーネスＷ１は、両端部に接続コネクタＣａ，Ｃｂが設けられおり、一端側の接続コネクタＣａが電池スタック１０Ａの電極端子（例えば、直列に接続される複数の単電池１１において最端に位置する正極端子１１ａ又は負極端子１１ｂ）に接続され、他端側の接続コネクタＣｂが接続コネクタＣ１に接続される。

例えば、フロア部材３０Ａにおいて上面３１から内側（Ｚ方向下方）に凹んだコネクタ設置孔３３を形成することができる。コネクタ設置孔３３は、ワイヤーハーネスＷ１と接続される接続コネクタＣ１に対応した大きさに形成することができる。コネクタ設置孔３３に固定される接続コネクタＣ１は、上面３１においてＺ方向上方に露出している。コネクタ設置孔３３（接続コネクタＣ１）は、例えば、電池スタック１０Ａの設置位置（Ｘ方向側面）よりもＸ方向に所定距離ずれた任意の位置に設けることができる。

また、電池スタック１０Ｂに面する下面３２には、電池スタック１０Ｂの上面側に位置する電極端子に接続される接続コネクタＣ２が埋設されている。例えば、フロア部材３０Ａにおいて下面３２からＺ方向上方に凹んだコネクタ設置孔３４を形成することができる。コネクタ設置孔３４もＺ方向上方に下面３２に向かって突出する電池スタック１０Ｂの電極端子に対応した大きさに形成されている。

コネクタ設置孔３４に固定される接続コネクタＣ２は、下面３２においてＺ方向下方に露出しており、電池スタック１０Ｂの電極端子との接続口が下面３２よりもＺ方向下側に位置するように、フロア部材３０Ａに設けられる。つまり、図１に示すように、電池スタック１０Ｂの上面とフロア部材３０Ａの下面３２との間には、単電池１１の各正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが位置しているので、接続コネクタＣ２が、下面３２とこれら正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂとが接触（干渉）しないで、電池スタック１０Ｂの電極端子（例えば、直列に接続される複数の単電池１１において最端に位置する負極端子１１ａ又は正極端子１１ｂ）に接続されるように、フロア部材３０Ａのコネクタ設置孔３４に、接続コネクタＣ２を固定することができる。

また、コネクタ設置孔３４（接続コネクタＣ２）は、例えば、電池スタック１０Ｂの接続端子に対応する位置に設けることができ、Ｘ方向においてコネクタ設置孔３３と異なる位置に設けることができる。

そして、フロア部材３０Ａの上面３１に設けられるコネクタ設置孔３３及びフロア部材３０Ａの下面３２に設けられるコネクタ設置孔３４それぞれは、フロア部材３０Ａ内部に形成される空洞Ｓと連通している。この空洞Ｓは、接続コネクタＣ１，Ｃ２を接続するワイヤーハーネスＷ２の配線スペースであり、空洞Ｓ内に、ワイヤーハーネスＷ２が配置される。

このように本実施例の電源装置１は、下段の電池スタック１０Ａの電極端子に接続される接続コネクタＣ２及びワイヤーハーネスＷ２がフロア部材３０Ａの内部に集約される。このため、フロア部材３０Ａと下段の電池スタック１０Ｂとの間に接続コネクタＣ２及びワイヤーハーネスＷ２の配置スペースを設ける必要がないため、電源装置１の高さ方向の小型化を図ることができる。

また、図１及び図２に示すように、フロア部材３０Ａの下面３２に露出する接続コネクタＣ２は、電池スタック１０Ｂの上方から電池スタック１０Ａが固定されたフロア部材３０Ａを組み付ける際の、Ｘ方向及びＹ方向において電池スタック１０Ｂの接続端子に対応する位置に予め設けることができる。つまり、本実施例のフロア部材３０Ａは、下段の電池スタック１０Ｂ（電極端子）に対し、フロア部材３０Ａの接続コネクタＣ２を上方から接続するように組み付けるだけで、電池スタック１０Ａ，１０Ｂ間の電気的接続が得るように、上下段の電池スタック１０Ａ，１０Ｂ（フロア部材３０Ａ，３０Ｂ）の位置決めを容易に行うことができ、組み付け性が向上する。

なお、図２等の例において、フロア部材３０Ａの全体の断面形状がロ字状又はコの字状で内部が中空となっている一例を示したが、これに限らず、コネクタ設置孔３３及びコネクタ設置孔３４が形成される領域にのみ、空洞Ｓが形成されるように構成することもできる。

また、接続コネクタＣ１は、フロア部材３０Ａの上面３１に対して埋設されていない状態で設けることもできる。この場合、例えば、上面３１にコネクタ設置孔３３を設けずに、接続コネクタＣ１に接続されるワイヤーハーネスＷ２の端部が露出する挿通孔を設けることができ、接続コネクタＣ１が上面３１上に位置するように構成してもよい。

１：電源装置
１０（１０Ａ，１０Ｂ）：電池スタック
１１：単電池
１２：エンドプレート
１３：拘束バンド
１４：バスバー
３０Ａ，３０Ｂ：フロア部材
４０：支柱
５０：固定部材
Ｃ１，Ｃ２：接続コネクタ
Ｗ１，Ｗ２：ワイヤーハーネス（接続ケーブル）

Claims

複数の蓄電素子が積層された蓄電スタックを上下方向に複数段積み上げて構成され、上段の第１蓄電スタックと下段の第２蓄電スタックとが接続ケーブルを介して接続される電源装置であって、
上下段の蓄電スタック間に配置されるフロア部材に、
前記第１蓄電スタックに面する上面に設けられ、前記第１蓄電スタックの接続端子から延びる第１接続ケーブルと接続される第１接続コネクタと、
前記第２蓄電スタックに面する下面に設けられ、前記第２蓄電スタックの接続端子と接続される第２接続コネクタと、
前記フロア部材の内部に形成され、前記第１接続コネクタ及び前記第２接続コネクタを接続する第２接続ケーブルが挿通する配線スペースと、を設けたことを特徴とする電源装置。