(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
略矩形の電池を一端の第1エンドプレートおよび他端の第2エンドプレートとともに複数個積層してなる電池スタックと、これらの電池を接続してなる回路の末端の少なくとも一方に設けられたリレーと、を備えてなる組電池であって、
当該組電池の出力端子が上記第1エンドプレート側に配置されているとともに、上記リレーが上記第1エンドプレートに支持されており、
各電池の端子が上記電池スタックの第1の面に並んで配置されているとともに、
上記リレーは、上記第2エンドプレート側の端部に位置する電池の端子に導電部材を介して接続されており、
この導電部材は、上記電池スタックの上記第1の面に隣接した第2の面に配索されている、ことを特徴とする組電池。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【0014】
図1〜
図3は、例えば可搬式のポータブル電源装置に用いられる組電池の第1実施例を示している。図示するように、組電池は、要求仕様における電圧ならびに容量を満たすように、複数個の電池2を含んでおり、偏平な略矩形の箱形に構成された複数個の電池2を、一端の第1エンドプレート3および他端の第2エンドプレート4とともに積層し、かつ4本のタイロッド5で締め付けることで、全体として直方体形状をなす電池スタック1が構成されている。この電池スタック1は、金属製もしくは硬質合成樹脂製のパックケース6の内部に収容されている。パックケース6の底面には、電池スタック1をエンドプレート3,4を介して所定位置に固定支持する金属製のベースプレート7が配置されている。なお、
図1〜
図3では、電池スタック1を囲むパックケース6の一部のみを示している。
【0015】
各電池2は、詳しくは、複数個の単電池を偏平な略矩形の箱形をなすモジュールケース内に収容したいわゆる電池モジュールである。より具体的には、単電池として、シート状の正極および負極をセパレータを介して交互に多数積層してなる電極積層体を、ラミネートフィルムからなる可撓性を有する外装体の内部に電解液とともに収容した偏平なリチウムイオン電池が用いられている。そして、各々の電池モジュールは、例えば4個の単電池をモジュールケース内に重ねて収容し、かつ2個ずつ並列に接続した上で直列に接続した、いわゆる「2並2直」の構成となっている。
【0016】
モジュールケースの側面に設けられた各電池2の正負の端子(図示せず)は、電池スタック1の第1の面1aに並んで配置されている。第1の面1aは、パックケース6のベースプレート7に接する面を電池スタック1の底面とすると、一方の側面に相当する面である。なお、電池スタック1の底面とは反対側の上面を電池スタック1の第2の面1bと呼び、第1の面1aとは反対側となる他方の側面を電池スタック1の第3の面1cと呼ぶこととする。
【0017】
ここで、電池スタック1における各電池2の向きは、正負の端子が交互に配列されるように、1つずつ逆向きに積層されている。例えば、
図1の左端に位置する電池2(符号2Aで示す)は、正端子が上方に、負端子が下方に、それぞれ位置し、その隣りに位置する2番目の電池2は、負端子が上方に、正端子が下方に、それぞれ位置している。左端から3番目の電池2では、正端子が上方に位置し、負端子が下方に位置する。従って、電池スタック1としては、ある電池2の正端子と次の電池2の負端子とが隣り合って配置されている。
【0018】
このように配置された複数の電池2は、比較的長さが短い導電部材としてのバスバー11によって、隣接する正端子と負端子とが順次に接続され、全体として直列に接続されている。つまり、
図1右端の電池2(符号2Bで示す)の負端子が直列回路の一端の端子となり、
図1左端の電池2(2A)の正端子が直列回路の他端の端子となっている。なお、
図1に付記した「+」および「−」の記号は、各電池2の正端子および負端子を表している。
【0019】
第1エンドプレート3および第2エンドプレート4は、剛性の高い金属性の板状部材であり、電池2の外形状に対応した矩形状をなしている。詳細には図示していないが、電池スタック1の四隅に配置されたタイロッド5が電池2のモジュールケースを貫通するとともに両エンドプレート3,4を貫通しており、各タイロッド5に螺合する図示せぬナットを締め付けることで、電池スタック1が一体化されている。
【0020】
ここで、第1エンドプレート3の外側面(つまり電池2(2B)と接した内側面とは反対側の面)には、ジャンクションボックス13が取り付けられている。ジャンクションボックス13の内部には、回路遮断用の第1リレー15と第2リレー16とが収容されている。換言すれば、第1リレー15および第2リレー16は、ジャンクションボックス13を介して第1エンドプレート3に支持されている。これらの2つのリレー15,16は、
図3のように第1エンドプレート3を正面から見たときに、基本的に同一の高さ位置に並んで配置されており、第2リレー16は、相対的に電池スタック1の第1の面1a寄りに位置し、第1リレー15は、相対的に第1の面1aから離れた側つまり第3の面1c寄りに位置している。なお、
図3には、ジャンクションボックス13の前面が開放された形に描かれているが、前面を覆う蓋部材を備えていてもよい。
【0021】
第1リレー15の入力端子15a(
図3参照)は、導電部材としてのバスバー19を介して、直列回路の一方の末端となる第2エンドプレート4側の電池2(2A)の正端子に接続されている。第2リレー16の入力端子16a(
図3参照)は、導電部材としてのバスバー20を介して、直列回路の他方の末端となる第1エンドプレート3側の電池2(2B)の負端子に接続されている。このように、直列回路の末端の双方にリレー15,16を具備することにより、より確実な回路の遮断が可能である。
【0022】
バスバー19は、ジャンクションボックス13の上部から電池スタック1の第2の面1b(換言すれば上面)に沿って配索されており、
図2に示すように、矩形をなす第2の面1bのほぼ対角線に沿って延びている。そして、第2エンドプレート4側の先端部分19aが、電池スタック1の積層方向と直交する方向に延びているとともに、電池スタック1の第2の面1bから第1の面1aへと90°折れ曲がって形成されており、第2エンドプレート4側の電池2(2A)の上側に位置する正端子に接続されている。
【0023】
一方、バスバー20は、ジャンクションボックス13の側部から電池スタック1の第1の面1aに沿って電池スタック1の積層方向に延びており、第1エンドプレート3側の電池2(2B)の上側に位置する負端子に接続されている。
【0024】
図3に示すように、第1リレー15の出力端子15bおよび第2リレー16の出力端子16bには、導電部材としてのバスバー21,22がそれぞれ接続されている。これらのバスバー21,22は、ジャンクションボックス13の側方へと延びている。詳しくは、組電池の第1の面1aの方向へと延びている。これらのバスバー21,22の先端部21a,22aが、組電池の直列回路の末端である正負の出力端子となる。従って、この実施例では、組電池の正負の出力端子となるバスバー21,22が、リレー15,16を介して第1エンドプレート3に支持された構成となっている。
【0025】
外部の機器のプラグが接続される外部コネクタ24は、パックケース6に支持されている(
図2,
図3参照)とともに、第1エンドプレート3の側方(電池スタック1の第1の面1a側)に位置している。詳しくは、バスバー21,22の先端部21a,22aの位置に対応して、ジャンクションボックス13の側方に位置している。そして、外部コネクタ24の一対の端子が、組電池の出力端子となるバスバー21,22の先端部21a,22aにそれぞれ接続されている。
【0026】
また、この実施例では、直列回路を手動操作で遮断するための手動スイッチ(いわゆるSDスイッチ)31を備えている。この手動スイッチ31は、第1エンドプレート3側に設けられており、第1,第2リレー15,16よりもスタック積層方向の外側に位置している。そして、手動スイッチ31は、
図1に示すように、電池スタック1の第2の面1bを覆うパックケース6の天井面部分に支持されている。
【0027】
手動スイッチ31の一対の端子は、電池スタック1の中で中間積層位置にある互いに隣接した電池2Cの正端子および電池2Dの負端子に、それぞれ導電部材としてのバスバー33,34を介して接続されている。従って、回路的には、手動スイッチ31は、直列回路の中の中間電位となる中間部に挿入されている。
【0028】
バスバー33,34は、手動スイッチ31から電池スタック1の第2の面1bに沿って配索されている。そして、各々の先端部分33a,34aが、電池スタック1の積層方向と直交する方向に延びているとともに、電池スタック1の第2の面1bから第1の面1aへと90°折れ曲がって形成されており、電池2Cの上側に位置する正端子および電池2Dの上側に位置する負端子にそれぞれ接続されている。電池スタック1の第2の面1bにおいて、2本のバスバー33,34は、前述したバスバー19とほぼ平行に延びており、バスバー19の内側つまりバスバー19よりも電池スタック1の第1の面1a寄りに配置されている。すなわち、3本のバスバー19,33,34が電池スタック1の第2の面1b上において、互いに交差することなくほぼ平行に配索されている。
【0029】
上記のように構成された第1実施例の組電池にあっては、組電池として、電池スタック1に第1,第2リレー15,16や手動スイッチ31が一体に設けられているので、組電池全体を小型化できる。例えば、電池スタックから独立してリレーや手動スイッチを設けた場合には、ハーネス等の取り回しのための余分なスペースが必要となるが、上記実施例の構成では、このような余分なスペースが不要である。
【0030】
そして、比較的長い距離を接続する3本のバスバー19,33,34が、電池2の端子が配列された電池スタック1の第1の面1aではなく、該第1の面1aに隣接する第2の面1bに沿って配索されているので、各電池2の外縁の輪郭に近接させてバスバー19,33,34を配置することができ、組電池の実質的な外形寸法が小さくなる。特に、バスバー19が接続される第1リレー15を第1の面1aから離れた位置(第3の面1c寄りの位置)に配置し、バスバー19を第1の面1aから相対的に遠い経路に沿って配索するとともに、バスバー33,34をバスバー19よりも第1の面1a寄りに配索することで、3本のバスバー19,33,34が互いに交差することがなくなり、これらバスバー19,33,34を第2の面1bに近付けて配置することが可能となる。従って、
図1に示すように、電池スタック1とパックケース6との間の狭小な隙間を通してバスバー19,33,34を配索でき、省スペースとなる。換言すれば、電池スタック1の外形に比較して、パックケース6の小型化が図れる。
【0031】
また、第1,第2リレー15,16、手動スイッチ31、ジャンクションボックス13、出力端子となるバスバー21,22、といった機能部品が、電池スタック1一端の第1エンドプレート3側に集約されており、電池スタック1の他端に位置する第2エンドプレート4はリレー等の機能部品を具備しない単純な構成となるので、組電池の電圧ないし容量の変更のために第2エンドプレート4側で電池2の個数を増減することが可能である。電池2の個数の変更に伴い電池スタック1の全長が変化すると、例えば第1リレー15用のバスバー19の長さの変更やタイロッド5の長さの変更など一部部品の変更が必要となるが、第1,第2エンドプレート3,4、第1,第2リレー15,16、手動スイッチ31、ジャンクションボックス13、出力端子となるバスバー21,22、手動スイッチ31用のバスバー33,34、などは、基本的に共用することが可能である。従って、仕様変更が容易な拡張性が高い組電池が提供される。
【0032】
しかも、上記構成では、電池2の個数を増やしたときの組電池全体の容積増加が最小限となる。すなわち、リレー15,16が第1エンドプレート3の外側面つまり積層方向から見た電池2外縁の投影面積内に位置するので、リレーを電池スタックの側面に配置した場合のように、電池スタックの全長が伸びたときの無駄なスペースの増加がない。また、上述したように、バスバー19,33,34が電池スタック1の第2の面1bの近くに位置するので、電池スタック1の全長が伸びたときのバスバー19,33,34によるスペース増加が少ない。従って、実質的に個々の電池2の容積分だけ組電池全体の容積が増加するに過ぎない。
【0033】
さらに、第1,第2リレー15,16が組電池の出力端子(つまりバスバー21,22の先端部21a,22a)と同じ第1エンドプレート3上に位置するので、バスバー21,22の長さが最小限のものとなる。直列回路の両端に位置することとなるバスバー19,20の長さも、電池スタック1の全長に対して必要最小限にすることができる。このため、配線抵抗の低減が図れる。
【0034】
なお、導電部材となるバスバー19,20,21,22,33,34は、好ましくは銅またはアルミニウムの金属板からなり、特に第2の面1bに配索されるバスバー19,33,34にあっては、その厚さは、0.5〜5mm、より好ましくは1〜3mm、であることが望ましい。これらのバスバー19,33,34の厚さが薄すぎると配線抵抗が高くなってしまう。一方、厚さが過度に厚いと、電池スタック1の第2の面1bとパックケース6との間の隙間をより大きく設定する必要が生じ、スペース効率が悪化するとともに、前述したように電池2の個数を増やしたときの組電池全体の容積増加が大きくなってしまう。
【0035】
導電部材となるバスバー19,20,21,22,33,34は、端子接続部分を除く表面に絶縁被覆を備えていてもよく、あるいは絶縁被覆を具備しないものであってもよい。
【0036】
次に、
図4および
図5は、手動スイッチ31を具備しない組電池の第2実施例を示している。なお、前述した第1実施例と特に変わりがない部分については同一の符号を付してあり、重複する説明は省略する。
【0037】
この第2実施例においても、第1エンドプレート3の構成は前述した第1実施例と同様であり、外側面に取り付けられたジャンクションボックス13の内部に、第1リレー15と第2リレー16とが並んで設けられている。第1リレー15は、バスバー19を介して第2エンドプレート4側の電池2(2A)に接続されており、第2リレー16は、バスバー20を介して第1エンドプレート3側の電池2(2B)に接続されている。この実施例では、直列回路の中間位置に介在する手動スイッチ31を具備しないことから、電池スタック1を構成する複数個の電池2は、全て、バスバー11によって直列に接続されている。
【0038】
この第2実施例においても、基本的に前述した第1実施例と同様の作用効果が得られる。
【0039】
以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【0040】
例えば、上記実施例ではジャンクションボックス13が第1エンドプレート3に取り付けられ、該ジャンクションボックス13の内部にリレー15,16が収容されているが、第1エンドプレート3にリレーを直接に取り付けるようにしてもよい。
【0041】
また、直列回路の末端の一方のみにリレーを具備する構成においても本発明は適用が可能である。
【0042】
さらに、複数個の電池2を接続する態様としては、上記実施例のような直列接続に限らず、直並列接続あるいは並列接続であっても本発明は適用が可能である。
【0043】
なお、第1実施例において、手動スイッチ31に至る一方のバスバー33は、電池スタック1の第1の面1aの上を積層方向に沿って延びるように配索してもよい。
【0044】
また、電池2としては、巻回型の単電池を複数個モジュールケース内に収容した電池モジュールであってもよい。
【0045】
また、上記実施例では、各部の導電部材としてバスバーを用いているが、導電部材としては、ハーネスであってもよい。
【0046】
また、第1実施例においては、手動スイッチ31がパックケース6の天井面部分に支持されているものとして説明したが、手動スイッチ31を組電池とより確実に一体化させるために、手動スイッチ31を第1エンドプレート3に対しても支持させるようにすることも可能である。
【0047】
図6は、手動スイッチ31を第1エンドプレート3に支持させた変形例の要部を示しており、この例では、電池2(2C,2D)と手動スイッチ31とを接続するバスバー33,34が、絶縁部材41およびネジ42を介してエンドプレート3の上縁に支持されている。より詳しくは、バスバー33,34は、電池2(2C,2D)から絶縁部材41までの間のバスバー33A,34Aと、絶縁部材41から手動スイッチ31までの間の導電部材と支持ブラケットとを兼ねたバスバー33B,34Bとに分割して構成されており、実質的にはバスバー33B,34Bによって手動スイッチ31が第1エンドプレート3に支持されている。
【0048】
また、
図7は、手動スイッチ31を略L字形に折曲したブラケット45を介して第1エンドプレート3に支持させた第2の変形例を示している。
【0049】
このように手動スイッチ31を第1エンドプレート3にも支持させることで、組電池がパックケース6内に収容される前の段階においても手動スイッチ31が電池スタック1に確実に支持された状態となる。従って、組電池の取り扱いが容易になるとともに、例えば、パックケース6の天井面に手動スイッチ31を固定する際の作業性が向上する。