JP5008360B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、多数の電池をホルダーに収納している電源装置に関し、とくに車両を駆動するモータに電力を供給するのに適している電源装置に関する。

車両用の電源装置は、出力電圧を高くするために、多数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。多数の電池を備える電源装置として、各々の電池をホルダーケースに配置する装置が開発されている。（特許文献１及び２参照）
特開２００１−３１３０１８号公報 特開２００２−１３４０７８号公報

特許文献１の電源装置を図１と図２に示す。この電源装置は、多数の角型電池をケース８２で一体構造に連結している。角型電池の電池セル８１は、下部両側に足部８３を突出して設けている。ケース８２は、ロアーケース８２Ａと、このロアーケース８２Ａに連結して電池セル８１を内部に収納するアッパーケース８２Ｂとからなる。ロアーケース８２Ａは、電池セル８１の足部８３を抜けないように引っ掛ける一対のレール８４を両側に設けている。多数の電池セル８１は互いに積層されて、足部８３をロアーケース８２Ａのレール８４に入れ、ロアーケース８２Ａから抜けないように連結している。この状態の電池セル８１は、レール８４に沿って移動できるので、積層される電池セル８１を、両端部から拘束板８５で挟着している。両端の拘束板８５は、拘束ロッド８６で連結されて、電池セル８１を挟着する。この状態で、ロアーケース８２Ａにアッパーケース８２Ｂが連結されて、多数の電池セル８１を固定してケース８２に収納する。

この構造の電源装置は、ロアーケースで角型電池の電池セルを積層して抜けないように連結できる。ただ、この構造の電源装置は、ロアーケースでは、積層した電池セルを定位置に固定できない。このため、積層した電池セルの両端を拘束板で挟着して固定する必要がある。拘束板は上下の２カ所、全体で４カ所を拘束ロッドで連結している。この構造は、各々の電池を順番にロアーケースのレールに入れて積層し、その後、積層した電池セルの両端に拘束板を配設し、さらに、拘束板の４カ所を拘束ロッドで連結するので組み立てに時間がかかる。また、この構造の電源装置は、各々の電池セルの寸法誤差が、積層した電池セル全体の厚さの寸法を狂わせる。このため、多数の電池セルを積層する構造にあっては、寸法誤差が大きくなる欠点がある。さらに、この電源装置は、補修に手間がかかる欠点もある。それは、特定の電池セルを単独で脱着できないからである。さらに、この構造の電源装置は、電池の熱暴走の誘発を効果的に防止するのが難しい。熱暴走して高温に過熱された電池が、隣の電池を加熱して熱暴走を誘発するからである。

特許文献２の電源装置は、図３に示すように、角型電池を並べて収納する電池ホルダ９２を備える。電池ホルダ９２は、上方を開口している箱形のホルダーケース９２Ａと、このホルダーケース９２Ａの開口部を閉塞する蓋ホルダー９２Ｂとからなる。ホルダーケース９２Ａは、内部に仕切り９３を設けて複数の収納部９４に区画している。各々の収納部９４に電池セル９１を入れて定位置に配置している。さらに、電池セル９１を収納するホルダーケース９２Ａの上方の開口部は蓋ホルダー９２Ｂで閉塞される。

この構造の電源装置は、電池セルを電池ホルダに入れて定位置に配置できる。また、電池セルの寸法誤差を解消しながら組み立てできる。ただ、この構造の電源装置は、電池セルの電極に応力が作用して電池の特性に悪影響を与える。電極に無理な応力が作用すると、振動と温度変化の外部ストレスに対して弱くなる弊害がある。電池セルを上方開口の収納部に入れて、蓋ホルダーで閉塞し、電池セルの外装ケースを上下方向に挟着しているからである。外装ケースが上下に挟着されて、電極にストレスが作用する状態で振動を受けると、応力による電池の弊害はさらに加速される。また、この構造の電源装置は、電池ホルダに収納している電池セルの冷却が難しい。このため、多数の電池セルを均一に効率よく冷却できない欠点がある。

本発明は、さらにこ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、電池セルの電極に無理な応力が作用せず、振動や温度変化による外部ストレスに対して電池特性の低下が少なく、電池寿命を長くできる電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、多数の電池セル理想的な状態で定位置に配置しながら、能率よく安価に多量生産できる電源装置を提供することにある。
さらにまた、本発明の他の大切な目的は、電池の熱暴走の誘発を効果的に防止して安全性を向上できる電源装置を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、寸法誤差のある電池セルを使用して、外形の寸法誤差を少なくできる電源装置を提供することにある。

本発明の電源装置は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
電源装置は、角型形状である複数の電池セル１と、各々の電池セル１を挿入する複数のセルスロット４を開口している電池のホルダーブロック２と、このホルダーブロック２のセルスロット４の開口部を閉塞する閉塞プレート３とを備える。ホルダーブロック２は、セルスロット４の一方に電池セル１の電極端子１６を外部に表出する電極側の開口部６を設け、セルスロット４の他方には電池セル１を挿入する挿入側の開口部７を設けている。さらに、電池セル１は、セルスロット４に挿入された状態で、電極側の開口部６から抜けるのを阻止する抜止突出部１７を両側に有する。ホルダーブロック２のセルスロット４は、この抜止突出部１７を案内して、電池セル１が電極側の開口部６から抜けるのを防止する係止凹部８を設けている。電源装置は、セルスロット４に電池セル１を挿入する状態で、ホルダーブロック２の挿入側の開口部７を閉塞プレート３で閉塞して、電池セル１をホルダーブロック２のセルスロット４に収納して定位置に固定している。

本発明の電源装置は、セルスロット４に設けている係止凹部８を、挿入側の開口部７に向かって拡開されるテーパー状として、抜止突出部１７を、ここに嵌着される形状とすることができる。

本発明の電源装置は、電池セル１の抜止突出部１７を電池セル１の底部に設けて、セルスロット４の係止凹部８を挿入側の開口部７に設けることができる。

本発明の電源装置は、セルスロット４の対向する内面に、電池セル１の表面の中央部に向かって突出して電池セル１を保持する保持凸部９を設けて、この保持凸部９が電池セル１の中央部を両面から挟着してセルスロット４に保持することができる。

本発明の電源装置は、電池セル１を、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池として、ホルダーブロック２は、薄型の角型電池を挿入できる断面形状をスリット状とするセルスロット４を平行に並べて設けることができる。

本発明の電源装置は、電池セル１をリチウムイオン二次電池とすると共に、セルスロット４の間に位置する中間壁５とセルスロット４の外側にあるブロック本体２Ａとをプラスチックで一体的に成形してホルダーブロック２とし、さらに、閉塞プレート３を金属製とすることができる。

本発明の電源装置は、電池セルの電極に無理な応力が作用しない。それは、本発明の電源装置が、複数の電池セルを、独特の構造のホルダーブロックと閉塞プレートとで定位置に固定するからである。ホルダーブロックは、電池セルを挿入するセルスロットを有し、さらに、セルスロットの一方には電池セルの電極端子を外部に表出する電極側の開口部を、他方には電池セルを挿入する挿入側の開口部を設けている。また、電池セルは、電極側の開口部から抜けるのを阻止する抜止突出部を両側に設けており、セルスロットには、この抜止突出部を案内して、電池セルが電極側の開口部から抜けるのを防止する係止凹部を設けている。この構造の電源装置は、従来のように、電池セルを上下から挟着して、定位置に固定するのではない。電池セルは、両側に設けた抜止突出部をセルスロットの係止凹部に案内して、電極側の開口部からは抜けないようにホルダーブロックにセットされ、挿入側の開口部から抜けないように、セルスロットの挿入側の開口部を閉塞プレートで閉塞している。この状態で、ホルダーブロックのセルスロットにセットされる電池セルは、両側の抜止突出部をホルダーブロックのセルスロットの係止凹部に係止して、定位置に配置される。両側の抜止突出部を介してセルスロットに固定される電池セルは、外装ケースを上下に挟着して定位置に固定する必要がなく、外装ケースが上下に挟着されて作用する無理なストレスが電極に作用しない。このため、振動や温度変化による外部ストレスに対して電池特性の低下が少なく、電池寿命を長くできる特徴が実現される。

また、本発明の電源装置は、多数の電池セルを理想的な状態で定位置に配置しながら、能率よく安価に多量生産できる特徴がある。それは、本発明の電源装置が、多数の電池セルをホルダーブロックのセルスロットに挿入側の開口部から入れ、挿入側の開口部を閉塞プレートで閉塞しているからである。
また、本発明の電源装置は、寸法誤差のある電池セルを使用しながら、外形の寸法誤差を少なくできる特徴も実現する。それは、外形寸法が、ホルダーブロックの外形で特定されるからである。電池セルの寸法誤差は、ホルダーブロックのセルスロットに挿入すると吸収される。

また、本発明の請求項２の電源装置は、セルスロットに設けている係止凹部を挿入側の開口部に向かって拡開されるテーパー状とし、抜止突出部をここに嵌着される形状とする。この電源装置は、テーパー状の係止凹部に抜止突出部を接触させて、電池セルをセルスロットに抜けないように固定できる。とくに、振動などで電池セルがセルスロットが電極側の開口部に抜けようとするとき、テーパー状の係止凹部が衝撃力を緩和して、衝撃による損傷を少なくする。

また、本発明の請求項３の電源装置は、電池セルの抜止突出部を電池セルの底部に設け、セルスロットの係止凹部を挿入側の開口部に設けている。この構造は、電池セルの電極板に作用するストレスを最も少なくできる特徴がある。それは、電池セルがセルスロットから抜けようとするのを、底部で引っ張って阻止するからである。外装ケースの底部に引っ張り力が作用する電池セルは、外装ケースに収納している電極板を圧縮する応力が作用しない。このため、電極板を押圧する応力が作用せず、電極板のストレスを最も小さくできる。

さらに、本発明の請求項４の電源装置は、セルスロットの対向する内面に、電池セル表面の中央部に向かって突出して電池セルを保持する保持凸部を設けており、この保持凸部が電池セルの中央部を両面から挟着してセルスロットに保持する。この構造は、電池セルをスムーズにセルスロットに挿入しながら、電池セルをセルスロットにしっかりと保持できる特徴がある。とくに、寸法誤差のあるセルスロットに、寸法誤差のある電池セルをスムーズに挿入できる特徴がある。それは、セルスロットの内面全体を電池セルの表面に密着するのでなく、保持凸部を電池セルの中央部に局部的に接触させて、電池セルをセルスロットに挿入するからである。保持凸部に押圧される電池セルの中央部は変形しやすい。このため、セルスロットと電池セルの寸法誤差は、電池セル中央部の変形で吸収され、寸法誤差のある電池セルをセルスロットにスムーズに挿入できる。さらに、この電源装置は、セルスロットに挿入される電池セルの中央部を両面から保持凸部で挟着するので、電池の内圧上昇等により、電池セルが膨らむのを有効に防止できる特長もある。

また、本発明の請求項５の電源装置は、電池セルを、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池とし、ホルダーブロックには、薄型の角型電池を挿入できる断面形状をスリット状のセルスロットを平行に並べて設けている。この電源装置は、多数の電池セルを無駄なく整列して配置して、ホルダーブロックに収納できる。

さらにまた、本発明の請求項６の電源装置は、電池セルをリチウムイオン二次電池とし、ホルダーブロックのセルスロットに入れて定位置に配置すると共に、ホルダーブロックが、セルスロットの間に位置する中間壁とセルスロットの外側にあるブロック本体とをプラスチックで一体的に成形している。この電源装置は、多数の電池セルを定位置に配置して固定できるホルダーブロックを、簡単かつ容易に、しかも低コストに多量生産できる特徴がある。また、この電源装置は、各々のセルスロットにおいて、リチウムイオン二次電池である電池セルの熱暴走の誘発を効果的に防止して安全性を向上できる特徴も実現する。セルスロットの間に設けた中間壁が、隣接する電池セル間の熱暴走を遮断するからである。とくに、このホルダーブロックは、中間壁をプラスチックで一体成形しているので、いずれかの電池の温度が異常に高くなると、高温になった電池の熱を中間壁で分散しながら伝導して、電池温度を均一にする作用もある。さらに、この電源装置は、閉塞プレートを金属製としているので、電池の熱を効率よく伝導できると共に、効果的に放熱できる特長がある。したがって、閉塞プレートを介して各々の電池セルを効果的に冷却できる。

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。

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」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。

図４ないし図９に示す電源装置は、複数の電池セル１と、各々の電池セル１を挿入する複数のセルスロット４を開口している電池のホルダーブロック２と、このホルダーブロック２のセルスロット４の開口部を閉塞する閉塞プレート３とを備える。

電池セル１は、リチウムイオン二次電池であって、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池である。ただし、電池セルは、必ずしもリチウムイオン二次電池とする必要はなく、ニッケル−水素電池やニッケルカドミウム電池等の全ての二次電池とすることもできる。また、電池セルは、必ずしも薄型の角型電池とする必要もない。図示しないが、電池セルには水平断面図を四角形とする角型電池とすることができる。電池セル１の内部構造を図１０に示している。この電池セル１は、外装ケース１１に電極組１２と電解液とを入れて密閉している。電極組１２は、正負の電極板１３をセパレータ１４を介して積層している。電極組１２は、正極板１３Ａと負極板１３Ｂの各々に引出リード１５を接続している。引出リード１５は、外装ケース１１の天板に固定している正極端子１６Ａと負極端子１６Ｂに接続している。この電池セル１は、正極端子１６Ａと負極端子１６Ｂを引出リード１５を介して正極板１３Ａと負極板１３Ｂに接続している。この構造の電池セル１は、大電流で充放電される状態で、引出リード１５の近傍の温度が高くなる。引出リード１５に大電流が流れるからである。したがって、電池セル１の冷却構造は、引出リード１５の近傍を効果的に冷却して、電池セル１の全体を均一に効率よく冷却できる。

ホルダーブロック２は、全体をプラスチックで成形している。ホルダーブロック２は、薄型の角型電池を挿入できる断面形状のスリット状のセルスロット４を平行に並べて設けている。セルスロット４は、内面を電池セル１の外面に接触する内形としている。図のホルダーブロック２は、セルスロット４の間に所定の厚さの中間壁５を設けて、多数のセルスロット４を平行に並べて設けている。このホルダーブロック２は、中間壁５とセルスロット４の外側にあるブロック本体２Ａとを絶縁材のプラスチックで一体的に成形している。絶縁材のプラスチックからなるホルダーブロック２は、隣接する電池セル１を中間壁５で絶縁して定位置に配置できる。ただし、ホルダーブロックは、アルミニウム等の金属を鋳造して製作することもできる。また、ホルダーブロックは、アルミニウムダイキャストとすることもできる。アルミニウム等の金属製のホルダーブロックは、熱伝導に優れるので、各々の電池セルの温度を均一にできる特徴がある。導電性のホルダーブロックは、外装ケースを正極端子と負極端子に接続しない構造の電池セルを挿入し、あるいは外装ケースをプラスチック等の絶縁材とする電池セルを挿入し、あるいはまた、電池セルとホルダーブロックとの間に絶縁材を介在して電池セルをセルスロットに挿入する。

ホルダーブロック２は、両端を開口している。図６、図８及び図９のホルダーブロック２は、セルスロット４の一方、図においてセルスロット４の上方に電極側の開口部６を設けている。この電極側の開口部６は、電池セル１の電極端子１６を外部に表出させる。また、セルスロット４の他方、図において下方には、挿入側の開口部７を設けている。この挿入側の開口部７から、電池セル１はセルスロット４に挿入される。

セルスロット４に挿入される電池セル１は、セルスロット４に挿入された状態で、電極側の開口部６から抜けるのを阻止する抜止突出部１７を両側に設けている。ホルダーブロック２のセルスロット４は、この抜止突出部１７を案内して、電池セル１が電極側の開口部６から抜けるのを防止する係止凹部８を設けている。図６と図８に示すホルダーブロック２は、セルスロット４に設けている係止凹部８を、挿入側の開口部７に向かって拡開されるテーパー状としている。また、電池セル１の抜止突出部１７は、この係止凹部８に嵌着される形状としている。さらに、図の電源装置は、抜止突出部１７を電池セル１の底部に設けて、係止凹部８をセルスロット４の挿入側の開口部７に設けている。

さらに、図４ないし図７のホルダーブロック２は、セルスロット４の対向する内面に、電池セル１の表面の中央部に向かって突出して電池セル１を保持する保持凸部９を設けている。図４ないし図６のホルダーブロック２は、電極側の開口部６から挿入側の開口部７の方向、図において上下方向に保持凸部９を設けている。このセルスロット４は、保持凸部９の突出面を電池セル１の表面に接触させる。したがって、セルスロット４の対向面に設けている保持凸部９の突出面の間隔は、電池セル１の厚さに等しくしている。

ホルダーブロック２は、保持凸部９の両側に電池セル１の冷却ダクト１０を設けている。冷却ダクト１０は、冷却用の空気が送風されて、電池セル１を冷却する。セルスロット４の内面に保持凸部９を設けるホルダーブロック２は、保持凸部９の両側に、電池セル１に接触しない隙間を設けて、ここを冷却ダクト１０にできる。したがって、セルスロット４に保持凸部９を設けるホルダーブロック２は、電池セル１をスムーズにセルスロット４に挿入できることに加えて、電池セル１を効果的に冷却できる。冷却ダクト１０は、電池セル１の引出リード１５の近傍に設けられる。このホルダーブロック２は、電池セル１の引出リード１５の近傍を効果的に冷却して、電池セル１の全体を均一に効率よく冷却できる。

閉塞プレート３は、ホルダーブロック２の下面に固定されて、セルスロット４の挿入側の開口部７を閉塞する。閉塞プレート３は、全体の形状を所定の厚さの板状とし、その外形をホルダーブロック２の外形に等しくしている。閉塞プレート３はネジ止めしてホルダーブロック２に固定され、あるいは係止構造で連結して固定することもできる。ホルダーブロック２のセルスロット４に挿入された電池セル１は、挿入側の開口部７が閉塞プレート３で閉塞されて、セルスロット４に固定される。

従来の電源装置の分解斜視図である。 図１に示す電源装置のロアーケースと電池セルの連結構造を示す分解斜視図である。 従来の他の電源装置の分解斜視図である。 本発明の一実施例にかかる電源装置の斜視図である。 図４に示す電源装置の分解斜視図である。 図４に示す電源装置の一部断面斜視図である。 図４に示す電源装置の平面図である。 図７に示す電源装置のＡ−Ａ線断面図である。 図７に示す電源装置のＢ−Ｂ線断面図である。 電池セルの一部断面斜視図である。

符号の説明

１…電池セル
２…ホルダーブロック ２Ａ…ブロック本体
３…閉塞プレート
４…セルスロット
５…中間壁
６…電極側の開口部
７…挿入側の開口部
８…係止凹部
９…保持凸部
１０…冷却ダクト
１１…外装ケース
１２…電極組
１３…電極板 １３Ａ…正極板
１３Ｂ…負極板
１４…セパレータ
１５…引出リード
１６…電極端子 １６Ａ…正極端子
１６Ｂ…負極端子
１７…抜止突出部
８１…電池セル
８２…ケース ８２Ａ…ロアーケース
８２Ｂ…アッパーケース
８３…足部
８４…レール
８５…拘束板
８６…拘束ロッド
９１…電池セル
９２…電池ホルダ ９２Ａ…ホルダーケース
９２Ｂ…蓋ホルダー
９３…仕切り
９４…収納室

Claims (6)

1. 角型形状である複数の電池セル(1)と、各々の電池セル(1)を挿入する複数のセルスロット(4)を開口している電池のホルダーブロック(2)と、このホルダーブロック(2)のセルスロット(4)の開口部を閉塞する閉塞プレート(3)とを備え、
   ホルダーブロック(2)は、セルスロット(4)の一方に電池セル(1)の電極端子(16)を外部に表出する電極側の開口部(6)を設け、セルスロット(4)の他方には電池セル(1)を挿入する挿入側の開口部(7)を設けており、
   さらに、電池セル(1)は、セルスロット(4)に挿入された状態で電極側の開口部(6)から抜けるのを阻止する抜止突出部(17)を両側に有し、ホルダーブロック(2)のセルスロット(4)には、この抜止突出部(17)を案内して、電池セル(1)が電極側の開口部(6)から抜けるのを防止する係止凹部(8)を設けており、
   セルスロット(4)に電池セル(1)が挿入される状態で、ホルダーブロック(2)の挿入側の開口部(7)を閉塞プレート(3)で閉塞して、電池セル(1)をホルダーブロック(2)のセルスロット(4)に収納して定位置に固定している電源装置。
2. セルスロット(4)に設けている係止凹部(8)が挿入側の開口部(7)に向かって拡開されるテーパー状で、抜止突出部(17)がここに嵌着される形状である請求項１に記載される電源装置。
3. 電池セル(1)の抜止突出部(17)が電池セル(1)の底部に設けられ、セルスロット(4)の係止凹部(8)が挿入側の開口部(7)に設けられている請求項１に記載される電源装置。
4. セルスロット(4)の対向する内面に、電池セル(1)の表面の中央部に向かって突出して電池セル(1)を保持する保持凸部(9)を設けており、この保持凸部(9)が電池セル(1)の中央部を両面から挟着してセルスロット(4)に保持する請求項１に記載される電源装置。
5. 電池セル(1)が、厚さよりも幅の広い薄型の角型電池で、ホルダーブロック(2)は、薄型の角型電池を挿入できる断面形状をスリット状とするセルスロット(4)を平行に並べて設けている請求項１に記載される電源装置。
6. 電池セル(1)がリチウムイオン二次電池で、ホルダーブロック(2)が、セルスロット(4)の間に位置する中間壁(5)とセルスロット(4)の外側にあるブロック本体(2A)とをプラスチックで一体的に成形しており、さらに、閉塞プレート(3)が金属製である請求項１に記載される電源装置。
   

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