JP3681051B2

JP3681051B2 - 蓄電素子装置

Info

Publication number: JP3681051B2
Application number: JP37438699A
Authority: JP
Inventors: 義訓三田; 誠穴澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2004247320A; JP2001185103A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車等に駆動電源として搭載される蓄電素子装置に関する。本発明で言う蓄電素子は、ニッケル水素やリチウム電池等の単電池や、電気二重層コンデンサ（ウルトラキャパシタ）等のエネルギーストレージ素子等の蓄電素子全般を全て含む。
【０００２】
【従来の技術】
この種の蓄電素子装置としては、複数の円筒型の単電池を直列に接続して円柱状の電池モジュールを構成し、複数本の電池モジュールを互いに平行な横置き状態に並列させてこれを複数段積層し、全ての電池モジュールを電気的に直列に接続して高圧電力を発生させるように構成したものが知られている。例えば特開平１０−２７０００６号公報には、ケース内に、電池モジュールが３列・７段の状態に配列された電池装置が記載されている。この場合の各電池モジュールは、ケース両端の各端壁およびケース内に配置された隔壁等に設けた挿通孔に通され、各端壁に固定される樹脂製エンドプレートに両端の端子を嵌合させることにより配列状態が保持されている。
【０００３】
各電池モジュールにあっては、端子がエンドプレートに嵌合させられ、かつ隣り合う端子どうしがバスバーによって接続固定されることにより、両端部はリジットに固定される一方、中間部分では挿通孔の周縁との間に隙間が存在しているので、このままでは振動や撓みが生じる。そこで、隔壁に重ねた防振ゴムシートに一体成形した防振リングに電池モジュールを通し、防振リングで電池モジュールの中間部分をホールドして振動や撓みを抑える構造を採っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、複数本の電池モジュールをケースの端壁や隔壁等に設けた挿通孔に通して配列する構造においては、それら挿通孔は電池モジュールの外径よりも若干大きくなければならず、したがって、どうしても振動や撓みを招く構造であると言えよう。上記のように防振リングによって電池モジュールの中間部分をホールドしたとしても、それは固定した状態ではないので、車両走行時の振動や衝撃によって生じる振動や撓みが完全に抑えられるものではない。電池モジュールに生じる振動や撓みが大きいと、エンドプレートにかかる固定部分の負荷が増大してエンドプレートの破損や固定部分の緩み等の不具合が生じる。このため、固定強度やエンドプレート自体の強度を確保する構造を要し、その結果、重量の増大を招くことになっていた。
【０００５】
したがって本発明は、複数本の蓄電素子モジュール（上記の例では電池モジュール）を積層して構成される蓄電素子装置において、蓄電素子モジュールに生じる振動や撓みを効果的に抑えて両端の固定部分にかかる負荷を軽減し、その結果として固定強度の向上ならびに軽量化が図られる蓄電素子装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであって、複数の円筒型蓄電素子を、これら蓄電素子間に短絡防止用絶縁リングを挟んで直列に接続して円柱状蓄電素子モジュールを構成し、複数本の該蓄電素子モジュールを、互いに平行な横置き状態に並列させて蓄電素子モジュール群を構成し、複数の該蓄電素子モジュール群を複数段積層して蓄電素子モジュール積層体を構成し、さらに、この蓄電素子モジュール積層体における両端側にそれぞれ配したバスバープレートを、各蓄電素子モジュールの端子に嵌合させるとともに、これら端子をバスバープレートの外側に配したバスバーによって直列に接続し、端子が直列に接続された蓄電素子モジュール積層体を、冷却風が流通する装置ケース内に設置した蓄電素子装置であって、最下段の蓄電素子モジュール群の下方と、最上段の蓄電素子モジュール群の上方と、各蓄電素子モジュール群の間とに、絶縁リングを挟み込んで固定し得る固定リブを備えた固定プレートを配し、これら固定プレートを一括して結合させることにより、固定リブによって絶縁リングを挟み込んで固定プレートに固定し、さらに、絶縁リングと固定リブとに、絶縁リングの回転を規制する回転規制手段を設けたことを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、蓄電素子間に挟んだ絶縁リングを固定プレートの固定リブにより挟み込んで固定プレートに固定するので、蓄電素子モジュールの中間部分が固定プレートにより支持されて振動や撓みが抑えられるとともに、バスバープレートによる両端の固定部分にかかる負荷が軽減する。その結果、蓄電素子モジュールの固定強度の向上ならびに軽量化が図られる。さらに、絶縁リングの回転を規制したことにより、固定プレートによる絶縁リングの固定強度を軽減させることができ、これによって軽量化が促進される。
【０００８】
また、本発明では、蓄電素子モジュールを構成する蓄電素子どうしの直列接続を、一方の蓄電素子の一極である外装に嵌合され、かつ他方の蓄電素子の他極に接触させられ、さらに絶縁リングに嵌合させられる筒状の接続リングによってなすようにし、該接続リングと絶縁リングとに、互いの周方向の相対位置を定める位置決め手段を設けるとともに、絶縁リングを接続リングの外周面の少なくとも一部を覆った形態とすることを好ましい形態とする。
【０００９】
蓄電素子モジュールにあっては、同極どうしを接続してしまう誤組の防止のために、一極側と他極側の各端子の形状を異ならせることがよく行われる。そこで、上記位置決め手段により絶縁リングと接続リングとを位置決めしながら蓄電素子を接続することにより、両端の端子の周方向の相対位置が一定である蓄電素子モジュールを構成することができる。このような蓄電素子モジュールを用いることにより、端子に対するバスバープレートの嵌合をスムーズに行うことができる。また、接続リングの外周面の少なくとも一部を覆った形態の絶縁リングは、すなわち接続リングよりも外周側に突出している。したがって、この絶縁リングに嵌合固定される固定リブおよび固定プレートは絶縁性を有する材質でなくともよく、例えば高強度Ｍｇ合金や高剛性Ａｌ合金等、比強度や比剛性等に優れた材質のものを使用することができ、軽量化に寄与させることができる。
【００１０】
また、本発明では、固定プレートに、蓄電素子モジュール間に配置されて蓄電素子モジュールの軸方向に延びる整流板を設け、冷却風を整流板に通過させながら蓄電素子モジュールの積層方向に流通させること、さらには、蓄電素子モジュール積層体の上面もしくは下面のいずれか一方を冷却風の流入面とし、この冷却風流入面とこの冷却風流入面と対向する装置ケースの一面との間に形成された空間の断面積は、冷却風の下流側に向かうに従って小さくなるよう蓄電素子モジュール積層体を傾斜させたことを好ましい形態とする。
【００１１】
整流板を固定プレートに設けることによって両者を一体化させることができ、これによって組立て時の手間が省かれ、組立作業性が向上する。また、上記のように蓄電素子モジュール積層体を傾斜させることにより、この蓄電素子モジュール積層体に設定した冷却風流入面の全面にフレッシュな冷却風が直接当たり、その冷却風は流入面から蓄電素子モジュールの積層方向に整流板を通過しながら流通する。したがって、各蓄電素子モジュールの軸方向および積層方向に流れる冷却風の流量ならびに流速が均一化し、その結果、各蓄電素子モジュールが均一に冷却されて発熱効率ならびに耐久性の向上が図られる。
なお、本発明では、冷却効率の向上ならびに固定プレート数の削減が図られる観点から、蓄電素子モジュール群の積層数を、蓄電素子モジュール群を構成する蓄電素子モジュールの並列数よりも少なくした構成が好ましい。
【００１２】
また、本発明では、蓄電素子モジュールの一極側の端子と他極側の端子を断面形状が互いに異なる突起状に形成し、かつ一極側の端子と他極側の端子の中央部にバスバーの接続部を設け、一方、バスバープレートに、各端子に対応して嵌合する嵌合孔を形成し、この嵌合孔を各端子に対応させて嵌合することによりバスバープレートを各蓄電素子モジュールに組み込むことを好ましい形態とする。
【００１３】
本発明の蓄電素子装置においては、隣接する蓄電素子モジュールの一極側の端子と他極側の端子とを直列に接続するが、これら端子を断面形状の異なる突起状に形成することにより、その違いを明確に認識することができ、同極どうしを接続してしまう誤組が未然に防止される。また、各端子に対応する嵌合孔をバスバープレートに形成してこれら嵌合孔を端子に嵌合させることにより、バスバープレートの誤組も防止されるとともに、組み付けをスムーズに行うことができる
【００１４】
蓄電素子モジュールの一極側の端子と他極側の端子の断面形状を異ならせるにあたっては、プラス側の端子の断面形状をプラスの記号に近似する略星形に形成し、マイナス側の端子の断面形状を略円形に形成するとよい。これによると、端子の極性の相違が明確になるばかりか、極性の判断も一目瞭然に認識することができるのでより好ましい。
【００１５】
さらに、本発明では、極性の異なる端子どうしをバスバーで接続する際の誤組を防止するために、次の構成を特徴とする。
蓄電素子モジュールの一極側の端子と他極側の端子とに、バスバーの端部が内側に収まる状態で嵌合する突起をそれぞれ同心円上に４つ設ける。これら突起の周方向の位相を互いに４５゜ずらして配置し、その一方の端子の１つの突起をバスバーの延在部分に存在させる。さらに、一極側の端子の突起と他極側の端子の突起とは、同心円の中心からの距離を互いに異ならせる。また、バスバーに、一方の端子側の１つの突起が嵌合して該バスバーによる端子どうしの接続を許容する１つの逃げ孔を形成する。このような構成により、バスバーは接続すべき端子にしか嵌合させることができず、誤組を完全に防止することができる。また、突起は、バスバーをボルトで固定する場合には、その際のトルクを受ける回り止めの機能を果たし、作業性の向上に寄与する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る電池装置の分解斜視図である。この電池装置は、電気自動車やハイブリッド電気自動車等に駆動電源として搭載されるもので、複数の円筒型単電池（蓄電素子）１からなる円柱状電池モジュール（蓄電素子モジュール）１０が、装置ケース４０内に、横置き状態で複数段積層されて収納され、各電池モジュール１０が直列に接続される構成である。図２は、電池モジュール１０の積層構造を概略的に示す斜視図である。
【００１７】
電池モジュール１０は、複数（この場合６個）の単電池１を機械的かつ電気的に直列接続して構成されている。単電池１は、図３および図４に示すように、一端側のマイナス電極２を兼ねる円筒状の金属外装３によって外周面が形成され、他端面に、シール材４によって金属外装３と絶縁されたプラス電極５が設けられた構成である。
【００１８】
図３および図４により、単電池１どうしの接続構造を説明する。
単電池１どうしは、円筒状の接続リング２０を介して直列に接続されている。この接続リング２０は、円筒部２１と端面部２２とを有し、端面部２２の所定箇所が一方の単電池１のプラス電極５にスポット溶接され、円筒部２１が他方の単電池１のマイナス電極２に嵌合させられるとともに所定箇所がスポット溶接され、これにより、単電池１が直列に接続される。接続リング２０と、この接続リング２０がプラス電極５に溶接される側の単電池１との間には、短絡を防止する絶縁リング３０が挟まれている。接続リング２０の端面部２２には、径方向に突出する複数（この場合４つ）の弧状凸部２３が形成されており、各凸部２３が、絶縁リング３０の内周縁に形成された各凹部３１に嵌合されている。これら凸部２３と凹部３１とにより、接続リング２０と絶縁リング３０との互いの嵌合位置を定める位置決め手段が構成される。
【００１９】
単電池１どうしの接続は、接続リング２０の凸部２３を絶縁リング３０の凹部３１に嵌合させて絶縁リング３０を接続リング２０の外周面に装着してから、一方の単電池１のプラス電極５に端面部２２を溶接し、次いで他方の単電池１のマイナス電極２を接続リング２０の円筒部２１に嵌合して溶接するといった手順でなされる。絶縁リング３０は、接続リング２０の外周面の一部を覆って接続リング２０の外周面から節状に突出している。絶縁リング３０の外周面の互いに１８０゜をなす位置には、断面円形のダボ３２が突設されている。
【００２０】
上記のようにして複数の単電池１が接続されてなる電池モジュール１０の両端の中心には、図５および図６に示すように、プラス端子１１とマイナス端子１２がそれぞれ設けられている。プラス端子１１は、４つの鋭角部を有する断面略星形の突起であり、マイナス端子１２は断面略円形の突起である。これら端子１１，１２の中心には、ねじ穴（接続部）１１ａ，１２ａがそれぞれ形成されている。プラス端子１１の星形をなす４つの鋭角部の内側には、断面円形の突起１１ｂがそれぞれ形成されている。また、マイナス端子１２の周縁部にも、同様の突起１２ｂが４つ形成されている。これら突起１１ｂ，１２ｂは、それぞれねじ穴１１ａ，１２ａを中心とする同心円上に周方向に等間隔をおいて形成されている。図５（ａ）に示すプラス端子１１側のねじ穴１１ａの中心−突起１１ｂ間の距離１１Ｌは、マイナス端子１２側のねじ穴１２ａの中心−突起１２ｂ間の距離１２Ｌよりも長く設定されている。
【００２１】
１本の電池モジュール１０においては、接続リング２０の凸部２３が絶縁リング３０の凹部３１に嵌合されることにより、プラス端子１１の突起１１ｂとマイナス端子１２の突起１２ｂの周方向の位相が、互いに４５゜ずれている。
【００２２】
次に、上記構成からなる電池モジュール１０が複数本積層されて収納される装置ケース４０を説明する。図１に示すように、装置ケース４０は、矩形の箱状に形成されたケース本体４１と蓋体５１とから構成される。
【００２３】
ケース本体４１は、底板４２と、互いに対向する一対の側板４３，４４とを備えた断面コ字状である。底板４２には、各側板４３，４４間にわたって延びる複数のリブ状のフレーム４５が、互いに平行に、かつ等間隔をおいて設けられている。これらフレーム４５は、その上面が、一方の側板４３側から他方の側板４４に向かって下り勾配に傾斜している。フレーム４５の上面が高い側の側板４３の下部には、フレーム４５を避けて複数の冷却風流入口４６が形成されている。一方、フレーム４５の上面が低い側の側板４４の上部には、複数の冷却風吸引口４７が形成されている。そして、側板４４の上部外側には、冷却風吸引口４７に連通するダクト４８がボルト止めされる。このダクト４８の先端には、装置ケース４０内の空気を吸引して装置ケース４０外に排気する冷却ファン４９が設けられている。
【００２４】
蓋体５１は、天板５２と、ケース本体４１の側面開口を塞ぐ一対の側板５３，５４とを備えた断面コ字状であり、ケース本体４１の上方から被せられ、ケース本体４１にボルト５５で固定される。側板５３，５４の下端には、当該電池装置が搭載される車両への固定用ブラケット５６が設けられている。
【００２５】
次に、上記装置ケース４０内への電池モジュール１０の積層構造を説明する。本実施形態の電池モジュール１０は、横７列に並列されて電池モジュール群１５として構成され、この電池モジュール群１５がフレーム４５上に３段積層されて電池モジュール積層体（蓄電素子モジュール積層体）１６に構成される。電池モジュール１０は、図２（図２は図面の簡略化のために電池モジュール１０は５列・２段としている）、図７および図８に示す２種類の固定プレート６０Ａ，６０Ｂをそれぞれ複数用いて、電池モジュール群１５および電池モジュール積層体１６に配列される。
【００２６】
固定プレート６０Ａは、電池モジュール群１５の間に介装されるもので、電池モジュール１０の並列方向の両端に配される端部整流板６１と、これら端部整流板６１の間に交互に並列された中間整流板６２および細長い仕切板６３と、これらを一括して連結する隔壁６４とを備えている。
【００２７】
中間整流板６２は、断面略正方形状で、断面における２本の対角線を並列方向に対し直交および平行にして、互いに平行に配置されている。端部整流板６１は、中間整流板６２の幅方向中央を縦にカットした半割り状のものであり、溝状内面を外側に向けて中間整流板６２と平行に配置されている。仕切板６３は、整流板６１，６２の間に、これら整流板６１，６２と平行に配置されている。整流板６１，６２および仕切板６３は、長さが同一であり、両端を揃えて互いに平行に、かつ等間隔に並列されている。隔壁６４は、電池モジュール１０の並列方向に延びる略長方形状であって、整流板６１，６２および仕切板６３の長手方向中央に、その面方向が整流板６１，６２および仕切板６３の長手方向に直交する状態で設けられている。換言すると、整流板６１，６２および仕切板６３は隔壁６４に貫通した状態で一体化されている。
【００２８】
隔壁６４の上端縁および下端縁には、電池モジュール群１５の各電池モジュール１０を支持する複数の固定リブ６５が設けられている。これら固定リブ６５は、電池モジュール１０の絶縁リング３０を挟み込むよう半円弧状に形成されており、整流板６１，６２の間にあたる部分にそれぞれ配されている。絶縁リング３０を受ける固定リブ６５の内面中央には、絶縁リング３０のダボ３２が嵌合するダボ穴６６が形成されている。これらダボ３２とダボ穴６６とにより、絶縁リング３０の回転を規制する回転規制手段が構成される。
【００２９】
固定プレート６０Ｂは、電池モジュール積層体１６の上下に配されるもので、上記固定プレート６０Ａを高さ方向中央で水平にカットした半割状のものであり、固定プレート６０Ａと同様に、端部整流板６１、中間整流板６２、仕切板６３およびダボ穴６６が形成された固定リブ６５を備えた隔壁６４とから構成されている。
【００３０】
上記固定プレート６０Ａ，６０Ｂは、それぞれ３つを１組として整流板６１，６２および仕切板６３が直線状につながるよう並べられる。したがって、１つの固定プレート６０Ａ，６０Ｂの長さ（整流板６１，６２および仕切板６３が延びる方向の長さ）は、直列接続された２つの単電池１に相当する。そして、固定リブ６５は、その２つの単電池１間の絶縁リング３０を挟み込む位置に配される。
【００３１】
固定プレート６０Ａ，６０Ｂを用いて電池モジュール積層体１６を構成するには、まず、３つの固定プレート６０Ｂを、ケース本体４１のフレーム４５上に、整流板６１，６２および仕切板６３が延びる方向をフレーム４５に直交させ、かつ各固定リブ６５を上向きにして並べる。次いで、固定リブ６５に電池モジュール１０の両端および中央に位置する絶縁リング３０をそれぞれ合わせて載せ、６本の電池モジュール１０を並列させて最下段の電池モジュール群１５を構成する。絶縁リング３０を固定リブ６５に合わせる際には、絶縁リング３０のダボ３２を固定リブ６５のダボ穴６６に嵌合させる。また、電池モジュール１０は、プラス端子１１とマイナス端子１２とが交互に隣接するよう互い違いに並べる。次に、３つの固定プレート６０Ａを最下段の電池モジュール１０群上に載せて、固定プレート６０Ａ，６０Ｂの各固定リブ６５によって絶縁リング３０を挟み込む。
【００３２】
次いで、固定プレート６０Ａの上に２段目の電池モジュール群１５を同様に並列させ、さらに、固定プレート６０Ａ，３段目の電池モジュール群１５をこの順に積層する。電池モジュール群１５を積層するにあたっては、横隣りと縦隣りの端子の極性が互いに異なるよう互い違いに積層する。最後に、固定プレート６０Ｂを３段目の電池モジュール群１５の上に被せる。電池モジュール群１５と固定プレート６０Ａ，６０Ｂを交互に積層する際には、絶縁リング３０のダボ３２に固定リブ６５のダボ穴６６を嵌合させる。このようにして電池モジュール群１５を固定プレート６０Ａ，６０Ｂを用いて積層したら、図８に示すように、複数のボルト６７を、積層した固定プレート６０Ａ，６０Ｂおよびフレーム４５に上から貫通させ、このボルト６７とナット６８により、固定プレート６０Ａ，６０Ｂを一括してフレーム４５に締め付け固定する。
【００３３】
上記のようにして電池モジュール１０は互いに間隔をおいて横７列・３段に積層され、その積層状態で、各電池モジュール１０においては３箇所が絶縁リング３０を介して上下の固定リブ６５に挟み込まれることにより、リジットに固定される。図７に示すように、電池モジュール１０は正方形の賽の目状に積層され、整流板６１，６２は電池モジュール１０の間に均等に配列される。なお、整流板６１，６２の電池モジュール１０への対向面は、電池モジュール１０の外周面に沿って湾曲している。上下に隣接する仕切板６３は互いに連続し、これら仕切板６３により電池モジュール１０の並列方向の空間が電池モジュール１０の縦列に沿って複数に仕切られる。また、上下に隣接する隔壁６４も互いに連続し、これら隔壁６４により電池モジュール１０の軸方向の空間が複数に仕切られる。さらに、図７〜図９で明らかなように、フレーム４５が傾斜していることから、電池モジュール積層体１６全体が、ダクト４８に向かって下り勾配に傾斜している。この傾斜方向は、電池モジュール群１５の配列方向に沿っている。電池モジュール積層体１６の下面は、後述する冷却風の流入面１６Ａとされる。
【００３４】
上記のように絶縁リング３０のダボ３２が固定リブ６５のダボ穴６６に嵌合されて電池モジュール１０が積層されることにより、図２および図５（ａ）に示すように、プラス端子１１は４つの突起１１ｂを結ぶ４辺が電池モジュール群１５の並列方向および積層方向に沿って□状になり、一方、マイナス端子１２は突起１２ｂを結ぶ４辺が電池モジュール群１５の並列方向に対して４５゜傾斜して◇状となっている。そして、これら各端子１１，１２には、電池モジュール積層体１６の両端側にそれぞれ配されたバスバープレート７０が嵌合され、さらにバスバープレート７０の外側に配された導通体であるバスバー８０により、接続すべきプラス端子１１とマイナス端子１２とが接続される。
【００３５】
図１および図９に示すように、バスバープレート７０は、電池モジュール積層体１６の端面に対応した長方形状の樹脂製プレートであって、電池モジュール積層体１６の端面に当てはめることにより、各プラス端子１１に対応して嵌合する複数のプラス端子嵌合孔７１と、各マイナス端子１２に対応して嵌合する複数のプラス端子嵌合孔７２が形成されている。すなわち、プラス端子嵌合孔７１はプラス端子１１に対応した略星形に形成され、プラス端子嵌合孔７２はマイナス端子１２に対応して４つの突起１２ｂに対応した凹部を有する略円形に形成されている。
【００３６】
バスバー８０は、図５（ａ）に示すように、長板状の本体部８０Ａの一端にプラス端子嵌合部８１が、他端にマイナス端子嵌合部８２がそれぞれ形成されたものである。いずれの嵌合部８１，８２も同径の円形状で、その中心に接続用ボルト８９の挿通孔８１ａ，８２ａがそれぞれ形成されている。プラス端子嵌合部８１はプラス端子１１の４つの突起１１ｂの内側に収まる状態で嵌合し、同様にして、マイナス端子嵌合部８２はマイナス端子１２の４つの突起１２ｂの内側に収まる状態で嵌合する。
【００３７】
バスバー８０は、図５（ｂ）に示すようにして、接続すべき隣り合うプラス端子１１とマイナス端子１２とに架け渡されるが、必ず、プラス端子１１側においては周方向に隣り合う２つの突起１１ｂの間を本体部８０Ａが通される。これら突起１１ｂの間隔（直線距離）は、本体部８０Ａが接触して嵌合する距離に設定されている。一方、マイナス端子１２における周方向に隣り合う突起１２ｂの間隔は、ねじ穴１２ａの中心からの距離がプラス端子１１側のそれよりも短いことから、バスバー８０の本体部８０Ａは嵌合不可能となっている。そして、バスバー８０の本体部８０Ａのマイナス端子嵌合部８２寄りには、本体部８０Ａの延在部分に存在するマイナス端子１２の１つの突起１２ｂが嵌合する逃げ孔８３が形成されている。この逃げ孔８３は、各端子１１，１２間の距離の誤差を考慮して長孔とされている。
【００３８】
上記バスバープレート７０およびバスバー８０により、電池モジュール１０の端部が連結固定され、各端子１１，１２が直列接続される。それには、まず電池モジュール積層体１６の両端部にバスバープレート７０をそれぞれ当てはめて、対応するプラス端子１１にプラス端子嵌合孔７１を、マイナス端子１２にプラス端子嵌合孔７２をそれぞれ嵌合させる。次いで、図５（ｂ）および図６の下図（いずれの図もバスバープレート７０を省略してる）に示すように、接続すべき隣り合うプラス端子１１とマイナス端子１２とにバスバー８０を架け渡して両端子１１，１２に各嵌合部８１，８２を嵌合させ、挿通孔８１ａ，８２ａに通したボルト８９をねじ穴１１ａ，１２ａにねじ込んでバスバー８０およびバスバープレート７０を共締めする。この共締めによりバスバープレート７０はがたつきなく固定される。なお、共締めを可能とするために、バスバープレート７０の厚さを各端子１１，１２の突起１１ｂ，１２ｂの高さよりも大きく設定しておくことが望ましい。
【００３９】
以上により、電池モジュール積層体１６はケース本体４１に固定され、電池モジュール１０は直列に接続される。次いで、蓋体５１をケース本体４１に被せてボルト５５により固定し、本実施形態の電池装置の組み立てが完了する。図７に示すように、固定プレート６０Ａ，６０Ｂの各仕切板６３とケース本体４１の側板４３，４４とにより、電池モジュール１０の並列方向の空間が複数に仕切られ、また、固定プレート６０Ａ，６０Ｂの各隔壁６４と蓋体５１の側板５３，５４とにより、電池モジュール１０の軸方向の空間が複数に仕切られる。すなわち、装置ケース４０内は、装置ケース４０、仕切板６３および隔壁６４によって電池モジュール群１５の積層方向（上下方向）に延びる複数の隔室９０が賽の目状に形成され、これら隔室９０が冷却風の通路を構成する。
【００４０】
次に、本実施形態の電池装置の作用を説明する。
まず、本実施形態の電池モジュール１０の積層構造によれば、上下の固定プレート６０Ａ，６０Ｂの固定リブ６５により単電池１間の絶縁リング３０を挟み込んでリジットに固定しているので、電池モジュール１０の中間部分が固定プレート６０Ａ，６０Ｂにより強固に支持されている。このため、電池モジュール１０の振動や撓みが抑えられるとともに、バスバープレート７０による両端の固定部分にかかる負荷が軽減する。その結果、電池モジュール１０の固定強度の向上ならびに軽量化が図られる。さらに、絶縁リング３０のダボ３２を固定リブ６５のダボ穴６６に嵌合させて絶縁リング３０の回転を規制しているので、固定プレート６０Ａ，６０Ｂによる絶縁リング３０の固定強度を軽減させることができ、これによって軽量化が促進される。
【００４１】
なお、絶縁リング３０の回転を規制する手段としては、上記の構成の他に、例えば図１０に示すように絶縁リング３０の両側部を直線的にカットし、この切欠き面３３に嵌合する嵌合面を固定リブ６５に形成する手段等を採用することができる。
【００４２】
電池モジュール１０の構成に関しては、単電池１どうしの接続を、接続リング２０の凸部２３を絶縁リング３０の凹部３１に嵌合させて行うので、両端の端子１１，１２の周方向の相対位置が一定である電池モジュール１０を組み立てることができる。このような電池モジュール１０を用いることにより、端子１１，１２に対するバスバープレート７０の嵌合をスムーズに行うことができる。また、絶縁リング３０は接続リング２０の外周面の一部を覆って接続リング２０よりも外周側に突出しており、この絶縁リング３０に固定リブ６５を嵌め込むので、固定リブ６５は接続リング２０に接触しない。したがって、固定リブ６５および固定プレート６０Ａ，６０Ｂは絶縁性を有する材質でなくともよく、例えば高強度Ｍｇ合金や高剛性Ａｌ合金等、比強度や比剛性等に優れた材質のものを使用することができ、これによっても軽量化が促進される。
【００４３】
また、電池モジュール１０のプラス端子１１は、プラスの記号に近似する略星形に形成され、一方、マイナス端子１２はプラス端子１１と全く異なる略円形に形成されている。したがって、極性の相違が明確になるばかりか、極性の判断も一目瞭然に認識することができ、同極どうしを接続してしまう誤組が未然に防止される。その上、プラス端子１１およびマイナス端子１２に対応するプラス端子嵌合孔７１およびプラス端子嵌合孔７２をバスバープレート７０に形成し、これら各嵌合孔７１，７２を各端子１１，１２に対応させて嵌合させることにより、バスバープレート７０の誤組も防止されるとともに、組み付けをスムーズに行うことができる。
【００４４】
さらに、バスバー８０は、プラス端子１１だけに嵌合可能なプラス端子嵌合部８１と、マイナス端子１２だけに嵌合可能なマイナス端子嵌合部８２を有し、さらに本体部８０Ａの逃げ孔８３をマイナス端子１２側の１つの突起１２ｂに嵌合させなければ正常な接続が不可能な構成となっているので、誤組が完全に防止される。さらに、各突起１１ｂ，１２ｂは、バスバー８０をボルト８９で固定する際のトルクを受ける回り止めの機能を果たし、よって作業性が向上する。
【００４５】
次に、本実施形態の冷却構造による作用を説明する。
電池装置が稼動されて冷却ファン４９が作動すると、図７に示すように、外部の空気が吸引され冷却風として冷却風流入口４６から装置ケース４０内に流入する。流入した冷却風は、図７の矢印で示すように、電池モジュール積層体１６の下面である冷却風流入面１６Ａの全面にフレッシュな状態で直接当たり、各隔室９０に流入していく。この冷却風の流入部においては、電池モジュール積層体１６とケース本体４１の底面との間の空間が下流側にいくほど断面積が小さくなっている。これは、電池モジュール積層体１６を傾斜して設置したからである。このため、冷却風は下流側に向かうにつれて流速が速くなり、その結果、冷却風流入面１６Ａの全面に冷却風が直接当たることと相まって、隔室９０に流入する冷却風の流量は電池モジュール１０の並列方向で偏ることなくほぼ均等化される。
【００４６】
冷却風は、各隔室９０を上昇しながら流れていくが、その際に、各整流板６１，６２を通過しながら流れていくことにより、各電池モジュール１０は十分に冷却される。電池モジュール積層体１６を通過した冷却風は、冷却風吸引口４７からダクト４８を経て外部に排気される。
【００４７】
冷却風は各電池モジュール１０の軸方向および積層方向にほぼ均一な流量ならびに流速をもって流通し、このため、各電池モジュール１０は均一に冷却され、その結果、発熱効率ならびに耐久性の向上が図られる。また、本実施形態では、電池モジュール積層体１６を横７列・３段とし、距離の短い積層方向に冷却風を流通させているので、冷却効率がより向上する。なお、この積層構成は、中間の固定プレート６０Ａの数を削減することができるといった利点もある。
【００４８】
次いで、図１１および図１２を参照して本発明の第１実施形態を、また、図１３〜図１５を参照して本発明の第３実施形態を説明する。これら図面では、上記第１実施形態で参照した図面と同一作用をなす構成要素には同一の符合を付してあり、したがってそれらの説明は省略する。
【００４９】
（２）第２実施形態
図１１および図１２に示す第２実施形態の電池装置においては、電池モジュール積層体１６が、横１０列の電池モジュール群１５を２段積層した構成となっている。固定プレート６０Ａ，６０Ｂによって電池モジュール群１５が積層されるとともに、上下の固定リブ６５によって絶縁リング３０を挟み込んで固定する構造は、上記第１実施形態と同様である。そして、図１２に示すように、電池モジュール積層体１６はフレーム４５上に傾斜して設置され、下面である冷却風流入面１６Ａの全面に冷却風が直接当たる構成も、第１実施形態と同様である。
【００５０】
本実施形態によれば、電池モジュール積層体１６が２段であるから冷却効果がより向上するとともに、全体が薄いので、上下方向のスペースに制約される車両への搭載に好適である。
【００５１】
（３）第３実施形態
図１３〜図１５に示す第３実施形態の電池装置においては、横５列・２段の電池モジュール積層体１６が上下に配置されている。固定プレート６０Ａ，６０Ｂによって電池モジュール群１５が積層されるとともに、上下の固定リブ６５によって絶縁リング３０を挟み込んで固定する構造は、上記第１実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態では、冷却風流入口４６は側板４３の上下に形成されている。一方、冷却風吸引口４７は側板４４の高さ方向中央に形成され、その部分に冷却ファン４９が固定されている。上下の電池モジュール積層体１６は、両者の間に配置されてケース本体４１に固定された複数のフレーム９５に固定されている。フレーム９５は、図１３および図１５に示すように、細長い二等辺三角形状で、底辺側を冷却風吸引口４７側に向けて、ケース本体４１の側板４３，４４間に梁状に架け渡されている。フレーム９５は、固定プレート６０Ａ，６０Ｂの固定リブ６５に対応する位置に、電池モジュール１０の軸方向に等間隔に配置されている。
【００５３】
フレーム９５に固定された上下の電池モジュール積層体１６は、図１４および図１５に示すように、冷却風吸引口４７側に向かうにしたがって互いに離間し、その間の空間部分が冷却風吸引口４７に連通した状態で、装置ケース４０に対してそれぞれ傾斜している。上側の電池モジュール積層体１６においては、その上面が冷却風流入面１６Ａとされ、下側の電池モジュール積層体１６においては、その下面が冷却風流入面１６Ａとされる。バスバープレート７０は、上下の電池モジュール積層体１６を一括して連結する大きさおよび形状に形成されている。
【００５４】
本実施形態では、図１４に示すように、上側の冷却風流入口４６から装置ケース４０内に流入した冷却風は、上側の電池モジュール積層体１６の冷却風流入面１６Ａに直接当たってから、隔室９０を下方に向かって流れていく。一方、下側の冷却風流入口４６から装置ケース４０内に流入した冷却風は、下側の電池モジュール積層体１６の冷却風流入面１６Ａに直接当たってから、隔室９０を上方に向かって流れていく。上下の電池モジュール積層体１６を通過した冷却風は、両者の間の空間で合流し、冷却風吸引口４７からダクト４８を経て外部に排気される。
【００５５】
本実施形態によれば、上下の電池モジュール積層体１６を合わせると４段の多段構造であるものの、両者を傾斜させてそれぞれに冷却風流入面１６Ａを形成し、実質的に２段にわたって冷却風を流通させる構成である。このため、冷却効果の向上ならびにコンパクト化が図られる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の蓄電素子を直列接続させた蓄電素子モジュールを複数本積層して構成される蓄電素子装置において、蓄電素子間の絶縁リングを固定プレートの固定リブにより回転不能にリジットに固定したので、蓄電素子モジュールに生じる振動や撓みが効果的に抑えられ、蓄電素子モジュール両端の固定部分にかかる負荷が軽減する。その結果、蓄電素子モジュールの固定強度の向上ならびに装置の軽量化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電池装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの積層構造を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る単電池の接続構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る単電池の接続構造を示す一部断面側面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電池モジュールのプラス端子およびマイナス端子と、これら端子を接続するバスバーおよびボルトを示す正面図、（ｂ）はプラス端子とマイナス端子を接続した状態を示す正面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの端子接続構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る電池装置の、主に整流板を示す部分の縦断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る電池装置の、主に電池モジュールの固定構造を示す部分の縦断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る電池装置の、主にバスバーおよびバスバープレートを示す部分の縦断面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る単電池の接続構造の変形例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る電池装置の分解斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る電池装置の、主に整流板を示す部分の縦断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る電池装置の分解斜視図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る電池装置の、主に整流板を示す部分の縦断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る電池装置の、主に電池モジュールの固定構造を示す部分の縦断面図である。
【符号の説明】
１…単電池（蓄電素子）
３…金属外装
１０…電池モジュール（蓄電素子モジュール）
１１…プラス端子
１１ａ，１１ｂ…ねじ穴（バスバーの接続部）
１１ｂ，１２ｂ…突起
１２…マイナス端子
１５…電池モジュール群（蓄電素子モジュール群）
１６…電池モジュール積層体（蓄電素子モジュール積層体）
１６Ａ…冷却風流入面
２０…接続リング
２３…凸部（位置決め手段）
３０…絶縁リング
３１…凹部（位置決め手段）
３２…ダボ（回転規制手段）
４０…装置ケース
６０Ａ，６０Ｂ…固定プレート
６１，６２…整流板
６５…固定リブ
６６…ダボ穴（回転規制手段）
７０…バスバープレート
７１…プラス端子嵌合孔
７２…マイナス端子嵌合孔
８０…バスバー
８３…逃げ孔

Claims

複数の円筒型蓄電素子を、これら蓄電素子間に短絡防止用絶縁リングを挟んで直列に接続して円柱状蓄電素子モジュールを構成し、
複数本の該蓄電素子モジュールを、互いに平行な横置き状態に並列させて蓄電素子モジュール群を構成し、
複数の該蓄電素子モジュール群を複数段積層して蓄電素子モジュール積層体を構成し、
さらに、この蓄電素子モジュール積層体における両端側にそれぞれ配したバスバープレートを、前記各蓄電素子モジュールの端子に嵌合させるとともに、これら端子を前記バスバープレートの外側に配したバスバーによって直列に接続し、
前記端子が直列に接続された蓄電素子モジュール積層体を、冷却風が流通する装置ケース内に設置した蓄電素子装置であって、
最下段の前記蓄電素子モジュール群の下方と、最上段の前記蓄電素子モジュール群の上方と、前記各蓄電素子モジュール群の間とに、前記絶縁リングを挟み込んで固定し得る固定リブを備えた固定プレートを配し、
これら固定プレートを一括して結合させることにより、前記固定リブによって前記絶縁リングを挟み込んで前記固定プレートに固定し、
さらに、前記絶縁リングと前記固定リブとに、前記絶縁リングの回転を規制する回転規制手段を設けたこと
を特徴とする蓄電素子装置。
前記蓄電素子モジュールを構成する前記蓄電素子どうしの直列接続は、一方の前記蓄電素子の一極である外装に嵌合され、かつ他方の前記蓄電素子の他極に接触させられ、さらに前記絶縁リングに嵌合させられる筒状の接続リングによってなされ、
該接続リングと前記絶縁リングとには、互いの嵌合位置を定める位置決め手段が設けられているとともに、前記絶縁リングは前記接続リングの外周面の少なくとも一部を覆った形態であること
を特徴とする請求項１に記載の蓄電素子装置。
前記固定プレートに、前記蓄電素子モジュール間に配置されて前記蓄電素子モジュールの軸方向に延びる整流板を設け、
前記冷却風を該整流板に通過させながら前記蓄電素子モジュールの積層方向に流通させること
を特徴とする請求項１または２に記載の蓄電素子装置。
前記蓄電素子モジュール積層体の上面もしくは下面のいずれか一方を前記冷却風の流入面とし、
前記冷却風流入面とこの冷却風流入面と対向する前記装置ケースの一面との間に形成された空間の断面積は、前記冷却風の下流側に向かうに従って小さくなるよう前記蓄電素子モジュール積層体を傾斜させたこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電素子装置。
前記蓄電素子モジュールの一極側の前記端子と他極側の前記端子を、断面形状が互いに異なる突起状に形成し、かつ前記一極側の端子と前記他極側の端子の中央部に前記バスバーの接続部を設け、
一方、前記バスバープレートに、前記各端子に対応して嵌合する嵌合孔を形成し、この嵌合孔を前記各端子に対応させて嵌合することにより前記バスバープレートを前記各蓄電素子モジュールに組み込むこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電素子装置。
前記蓄電素子モジュールの一極側の前記端子と他極側の前記端子に、前記バスバーの端部が内側に収まる状態で嵌合する突起をそれぞれ同心円上に４つ設け、
かつ、一極側の前記端子の突起と他極側の前記端子の突起を、周方向の位相を互いに４５゜ずらして配置することにより、その一方の端子の１つの突起を前記バスバーの延在部分に存在させ、
さらに、前記一極側の端子の突起と前記他極側の端子の突起とは、同心円の中心からの距離が互いに異なっており、
一方、前記バスバーに、前記１つの突起が嵌合して該バスバーによる前記端子どうしの接続を許容する１つの逃げ孔を形成したこと
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電素子装置。
前記蓄電素子モジュールのプラス側の前記端子の断面形状を略星形に形成し、
一方、マイナス側の前記端子の断面形状を略円形に形成したこと
を特徴とする請求項５または６に記載の蓄電素子装置。