Power storage apparatus

本発明は、蓄電モジュールの充放電に用いられる高圧ケーブルを備えた蓄電装置に関するものである。

複数の単電池が電気的に直列に接続された電池モジュールでは、電池モジュールの充放電を行うために、特定の２つの単電池における電極端子（総プラス端子および総マイナス端子）に対して、高圧ケーブルとしての総マイナスケーブルおよび総プラスケーブルがそれぞれ接続されている（例えば、特許文献１参照）。 総プラスケーブルは、一端が電池モジュールの総プラス端子に接続され、他端が機器（例えば、リレー）に接続されている。 また、総マイナスケーブルは、一端が電池モジュールの総マイナス端子に接続され、他端が機器（例えば、リレー）に接続されている。

上述した従来の構成では、高圧ケーブルの長さに関する公差により、高圧ケーブルの両端を所定の接続位置で接続させにくいことがある。 例えば、総プラスケーブルの一端を電池モジュールの総プラス端子に接続した状態において、総プラスケーブルの他端を機器に接続しにくいことがある。

そこで、本発明の目的は、蓄電モジュールの充放電に用いられる高圧ケーブルが長さ方向で公差を有していても、高圧ケーブルの両端を所定の接続位置で容易に接続することができる蓄電装置を提供することにある。

本発明である蓄電装置は、一方向に並んで配置された複数の蓄電素子が電気的に接続された蓄電モジュールと、蓄電素子の配列方向において、蓄電モジュールと隣り合って配置された機器と、蓄電モジュールの充放電に用いられる高圧ケーブルと、を有している。 この高圧ケーブルは、蓄電モジュールの電極端子（総プラス端子および総マイナス端子）のうち機器から離れた側の電極端子と機器とを接続するために用いられる。 そして、高圧ケーブルを複数の箇所で支持し、高圧ケーブルを基準経路に沿って位置させるための支持構造を設けている。

ここで、基準経路とは、高圧ケーブルの両端を所定位置に位置させるために、予め定められた高圧ケーブルの配置経路である。 一方、複数の蓄電素子を電気的に接続するためのバスバーモジュールに、上述した支持構造を設けることができる。 これにより、部品点数を減らして、コストダウンを図ることができる。

本発明によれば、高圧ケーブルを基準経路に沿って配置させることができ、高圧ケーブルに長さ方向の公差が生じていても、高圧ケーブルの両端を所定位置に位置させることができる。 すなわち、高圧ケーブルの両端を、蓄電モジュールの電極端子および機器に容易に接続させることができる。

本発明の実施例１である電池パックの構成を示す分解図である。

実施例１における電池モジュールの一部を、図１の矢印Ａで示す方向から見たときの側面図である。

実施例１において、バスバーモジュールに設けられた支持部の構成を示す図であり、図２のＢ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置）の構成について、図１を用いて説明する。 ここで、図１は、電池パックの構成を示す分解図である。 本実施例の電池パックは、車両に搭載することができ、この車両としては、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は、車両の走行エネルギ（運動エネルギ）を発生させる動力源として、電池パックの他に、内燃機関や燃料電池を備えた車両である。 また、電気自動車は、電池パックの出力だけを用いて車両を走行させるものである。

電池パック１は、電池モジュール（蓄電モジュール）１０を有しており、電池モジュール１０は、複数の単電池（蓄電素子）１１が電気的に直列に接続されて構成されている。 ここで、複数の単電池１１は、一方向に並んで配置されており、隣り合って配置された２つの単電池１１の間には、スペーサ（不図示）が配置されている。 スペーサは、隣り合って配置された２つの単電池１１の間に、単電池１１の温度調節に用いられる空気等を移動させるためのスペースを形成する。

なお、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を用いることができる。 一方、電池モジュール１０を構成する単電池１１の数は、電池モジュール１０に持たせる出力性能に基づいて適宜設定することができる。

また、不図示ではあるが、電池モジュール１０のうち、単電池１１の配列方向における両端には、一対のエンドプレートが配置されており、一対のエンドプレートには、単電池１１の配列方向に延びる拘束ロッドが接続されている。 これにより、電池モジュール１０を構成する複数の単電池１１には、隣り合う単電池１１を互いに近づかせる方向の力（拘束力）が作用する。 この拘束力により、単電池１１の熱膨張を抑制することができる。

各単電池１１における２つの側面部１１ｃには、プラス端子１１ａおよびマイナス端子１１ｂがそれぞれ設けられている。 なお、図１では、各単電池１１における一方の側面部１１ｃだけを示している。 また、図１では、一部の単電池１１について、プラス端子およびマイナス端子を省略して示している。 各単電池１１のプラス端子１１ａは、隣り合って配置された他の単電池１１のマイナス端子１１ｂと電気的に接続されている。

バスバーモジュール４０は、電池モジュール１０を構成する複数の単電池１１を電気的に直列に接続させるために用いられる。 バスバーモジュール４０は、単電池１１の２つの側面部１１ｃと対向する位置にそれぞれ設けられている。 図１では、２つのバスバーモジュール４０のうち、一方だけを示している。 バスバーモジュール４０は、図２に示すように、プラス端子１１ａおよびマイナス端子１１ｂを電気的に接続するための複数のバスバー４０ａと、これらのバスバー４０ａを保持するためのベース４０ｂとを有している。 各バスバー４０ａは、導電性を有する材料（例えば、金属）で形成され、ベース４０ｂは、非導電性の材料（例えば、樹脂）で形成されている。

電池モジュール１０を構成する複数の単電池１１のうち、配列方向の一端に位置する単電池１１（機器ボックス５０から最も離れた単電池１１）のプラス端子１１ａは、電池モジュール１０の総プラス端子となる。 この総プラス端子１１ａには、電池モジュール１０の充放電に用いられる総プラスケーブル（高圧ケーブル）３１が接続される。 具体的には、総プラスケーブル３１の一端に設けられた接続端子３１ａは、バスバーモジュール４０のうち、総プラス端子１１ａと接続されたバスバー４０ａと接触している。

また、電池モジュール１０を構成する複数の単電池１１のうち、配列方向の他端に位置する単電池１１（機器ボックス５０に最も近い単電池１１）のマイナス端子１１ｂは、電池モジュール１０の総マイナス端子となる。 この総マイナス端子１１ｂには、電池モジュール１０の充放電に用いられる総マイナスケーブル（高圧ケーブル）３２が接続される。 具体的には、総マイナスケーブル３２の一端に設けられた接続端子３２ａは、バスバーモジュール４０のうち、総マイナス端子１１ｂと接続されたバスバー４０ａと接触している。

単電池１１の配列方向において、電池モジュール１０と隣り合った位置には、機器ボックス５０が配置されている。 機器ボックス５０には、例えば、単電池１１の電圧や温度等を監視するための電池監視ユニット、電池モジュール１０における通電を遮断するためのサービスプラグ、単電池１１の電流を検出するための電流センサ、リレーが収容されている。 本実施例において、総プラスケーブル３１の他端に設けられた接続端子３１ｂと、総マイナスケーブル３２の他端に設けられた接続端子３２ｂとは、所定の接続位置において、機器ボックス５０のリレーに接続されている。

本実施例において、電池モジュール１０の出力は、ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧され、インバータにより交流電力に変換された後に、モータ・ジェネレータに供給される。 これにより、モータ・ジェネレータが駆動され、車両の走行エネルギ（運動エネルギ）が生成される。 一方、車両の制動時には、モータ・ジェネレータで生成された電力が、インバータにより直流電力に変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧された後に、電池モジュール１０に供給される。 これにより、電池モジュール１０の充電が行われる。

電池モジュール１０および機器ボックス５０は、アッパーケース２１およびロアーケース２２によって囲まれている。 言い換えれば、アッパーケース２１およびロアーケース２２は、ボルト等の締結部材によって互いに固定され、電池モジュール１０および機器ボックス５０を収容するためのスペースを形成する。 なお、電池モジュール１０および機器ボックス５０は、締結部材によって、ロアーケース２２に固定されるようになっている。

次に、本実施例の電池パック１において、総プラスケーブル３１の支持構造について、図２および図３を用いて説明する。 ここで、図２は、電池モジュール１０における一部の構成を示す側面図であり、図１の矢印Ａで示す方向から見たときの図である。 また、図３は、総プラスケーブル３１を支持する支持部の構造を示す断面図であり、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。

バスバーモジュール４０のベース４０ｂには、複数（４つ）の支持部４１ａ〜４１ｄが一体的に形成されている。 これらの支持部４１ａ〜４１ｄは、バスバーモジュール４０のうち、アッパーケース２１の側面と対向する面に設けられている。 また、総プラスケーブル３１の接続端子３１ａと電気的に接続される総プラス端子１１ａは、機器ボックス５０のうち、接続端子３１ｂと接続される部分よりも上方に位置している。 そして、本実施例では、図２に示すように、接続端子３１ａの側から接続端子３１ｂの側に向かって、総プラスケーブル３１が位置する高さを段階的に低くしている。

支持部４１ｃは、図３に示すように、総プラスケーブル３１を挟むような構造となっており、支持部４１ｃのうち、総プラスケーブル３１と接触する面（内壁面）の一部が、総プラスケーブル３１の外周面に沿った形状に形成されている。 本実施例では、支持部４１ｃに対して、総プラスケーブル３１を上方から組み込むことができるようになっている。 そして、総プラスケーブル３１の一部が支持部４１ｃと接触することにより、総プラスケーブル３１の位置決めが行われる。

ここで、バスバーモジュール４０には、支持部４１ｃとは異なる形状を有する支持部４１ａ，４１ｂ，４１ｄが形成されているが、これらの支持部４１ａ，４１ｂ，４１ｄの機能は、支持部４１ｃの機能と同様である。 すなわち、総プラスケーブル３１は、各支持部４１ａ，４１ｂ，４１ｄに対して上方から組み込まれるようになっており、各支持部４１ａ，４１ｂ，４１ｄが総プラスケーブル３１を挟み込むようになっている。 また、各支持部４１ａ，４１ｂ，４１ｄのうち、総プラスケーブル３１と接触する面（内壁面）の一部は、総プラスケーブル３１の外周面に沿った形状に形成されている。

総プラスケーブル３１を用いて、電池モジュール１０の総プラス端子１１ａと機器ボックス５０内のリレーとを電気的に接続する構成では、総プラスケーブル３１の長さに関する公差によって、総プラスケーブル３１の接続端子３１ａ，３１ｂを所望の接続位置で接続しにくいことがある。 例えば、総プラスケーブル３１の接続端子３１ａを総プラス端子１１ａに接続した後に、接続端子３１ｂを機器ボックス５０に接続しようとしたときに、接続端子３１ｂを機器ボックス５０における所定の接続部に位置させにくいことがある。

本実施例では、総プラスケーブル３１が配置される面、言い換えれば、バスバーモジュール４０の表面に、総プラスケーブル３１を支持するための支持部４１ａ〜４１ｄを設け、総プラスケーブル３１を所定の経路（基準経路）に沿って配置させている。 ここで、基準経路とは、接続端子３１ａを総プラス端子１１ａに接続させ、接続端子３１ｂを機器ボックス５０における所定の接続部に接続させるために、予め定められた総プラスケーブル３１の配置経路である。

このように、総プラスケーブル３１を基準経路に沿って配置させれば、接続端子３１ａを総プラス端子１１ａと容易に接続させることができるとともに、接続端子３１ｂを機器ボックス５０における所定の接続部と容易に接続させることができる。 すなわち、総プラスケーブル３１の配置される位置がばらつくのを抑制し、総プラスケーブル３１の長さに関する公差によって、接続端子３１ａ，３１ｂが所望の接続位置で接続しにくくなるのを防止できる。

ここで、総プラスケーブル３１が基準経路の長さよりも長すぎる場合には、総プラスケーブル３１の一部を撓ませることができる。 例えば、総プラスケーブル３１のうち、２つの支持部４１ａ，４１ｂの間に位置する部分を撓ませることができる。 これにより、総プラスケーブル３１における接続端子３１ａ，３１ｂの位置ずれを抑制することができる。 なお、総プラスケーブル３１を撓ませる部分は、２つの支持部４１ａ，４１ｂの間に位置する部分に限るものではなく、他の支持部の間であってもよい。

また、本実施例では、バスバーモジュール４０を電池モジュール１０に取り付ける際に、総プラスケーブル３１をバスバーモジュール４０に取り付けておくことができるため、電池パック１を容易に組み立てることができる。 すなわち、バスバーモジュール４０によって、総プラスケーブル３１を位置決めしておくことができるため、総プラスケーブル３１を容易に取り付けることができる。

なお、本実施例では、総プラス端子１１ａが、機器ボックス５０における総プラスケーブル３１（接続端子３１ｂ）との接続部よりも上方に位置しているが、これに限るものではない。 具体的には、総プラス端子１１ａと、機器ボックス５０の上記接続部とが、略同一の高さに位置していてもよいし、機器ボックス５０の上記接続部が総プラス端子１１ａよりも上方に位置していてもよい。 このような場合であっても、本実施例で説明した支持部４１ａ〜４１ｄを用いることにより、総プラスケーブル３１を所定の基準経路に沿って配置させればよい。

また、本実施例では、単電池１１の配列方向において、機器ボックス５０から最も離れた位置に、電池モジュール１０の総プラス端子１１ａを設けているが、これに限るものではない。 具体的には、電池モジュール１０の総プラス端子１１ａを機器ボックス５０と隣り合う位置に配置し、機器ボックス５０から最も離れた位置に、電池モジュール１０の総マイナス端子１１ｂを配置することができる。 この場合には、バスバーモジュール４０に形成された複数の支持部４１ａ〜４１ｄによって、総マイナスケーブル３２を支持すればよい。

さらに、本実施例では、総プラスケーブル３１を支持するための支持部４１ａ〜４１ｄをバスバーモジュール４０に設けているが、これに限るものではない。 すなわち、総プラスケーブル３１が配置される面内に、総プラスケーブル３１を複数箇所で支持するための支持部が設けられていればよく、これらの支持部を、バスバーモジュール４０とは異なる部材に設けることもできる。 ただし、バスバーモジュール４０に支持部４１ａ〜４１ｄを形成することにより、バスバーモジュール４０に対して、複数の単電池１１を電気的に接続させる機能と、総プラスケーブル３１を支持する機能とを持たせることができる。 すなわち、部品点数を減らして、電池パック１を小型化することができる。

また、本実施例では、高圧ケーブル（総プラスケーブル３１）が単電池１１の側面部１１ｃに沿って配置されているが、これに限るものではない。 具体的には、単電池１１の上面に沿って高圧ケーブルが配置されている場合であっても、本発明を適用することができる。 すなわち、高圧ケーブルが配置される面内に、高圧ケーブルを複数箇所で支持するための支持部を設けておけばよい。 これらの支持部は、単電池１１の上面に一体的に形成してもよいし、単電池１１とは異なる部材に形成してもよい。

１：電池パック（蓄電装置） １０：電池モジュール（蓄電モジュール）
１１：単電池（蓄電素子） １１ａ：プラス端子１１ｂ：マイナス端子 ２１：アッパーケース２２：ロアーケース ３１：総プラスケーブル（高圧ケーブル）
３１ａ，３１ｂ：接続端子 ３２：総マイナスケーブル（高圧ケーブル）
３２ａ，３２ｂ：接続端子 ４０：バスバーモジュール４０ａ：バスバー ４０ｂ：ベース４１ａ〜４１ｄ：支持部 ５０：機器ボックス