JP2013164930A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池の端子間の接続に関する不具合を解消することができる組電池を提供すること。
【解決手段】組電池Ｔは、鉛蓄電池用端子１４，１５を備える鉛蓄電池１０と、高出力型蓄電池用端子３０，３１を備える高出力型蓄電池２０を並列接続してなる。組電池Ｔにおいて、高出力型蓄電池２０が、鉛蓄電池１０の端子形成面１８に搭載されるとともに、鉛蓄電池用端子１４，１５と高出力型蓄電池用端子３０，３１が端子形成面１８内に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉛蓄電池と、高出力型蓄電池を並列接続してなる組電池に関する。

電気自動車やハイブリッド車等の電圧補償電源用や、補機用の電池の長寿命化を目的として、蓄電池やキャパシタを組み合わせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の自動車用蓄電システムは、電気二重層キャパシタセルを組み合わせて得られたキャパシタ組電池を電源として備える。このキャパシタ組電池は、複数のセルを並列に接続して出力電流を大きくしたモジュールを作り、複数のモジュールを直列接続して出力電圧を高くしている。

特開２００２−３３５６０５号公報

ところが、特許文献１のように、複数のセルを単純に並列接続した場合には、セル同士の端子間の接続距離が長くなってしまい、損失が増大したり、製造コストが増大したりする不具合が生じる。

本発明は、蓄電池の端子間の接続に関する不具合を解消することができる組電池を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電解液がケース内に封入されるとともに、前記電解液に浸漬された鉛蓄電池用端子が前記ケースの端子形成面から突出する鉛蓄電池と、高出力型蓄電池用端子を備える高出力型蓄電池を並列接続してなり、前記高出力型蓄電池が、前記鉛蓄電池の前記端子形成面に搭載されるとともに、前記鉛蓄電池用端子と前記高出力型蓄電池用端子が前記端子形成面内に配置されている。

これによれば、端子形成面の１つの面内に、鉛蓄電池用端子と高出力型蓄電池用端子が配置されるため、両端子を接続する接続部材を端子形成面内に納めることができ、両端子の接続そのものも端子形成面内で完了することができる。よって、例えば、鉛蓄電池と高出力型蓄電池とが間隔を空けて並べて並列接続されている場合のように、鉛蓄電池用端子と高出力型蓄電池用端子との接続の際に、鉛蓄電池と高出力型蓄電池に跨るように接続部材（配線）を取り回す必要が無くなる。すなわち、本発明によれば、鉛蓄電池用端子と高出力型蓄電池用端子を接続する接続部材（配線）の取り回しを解消することができるとともに、鉛蓄電池用端子と、高出力型蓄電池用端子とを、短い接続部材で接続することが可能になる。その結果として、接続部材が長くなることによる損失を低減し、部品費用も抑えることができ、鉛蓄電池用端子と高出力型蓄電池用端子との接続に関する不具合を解消することができる。

また、前記高出力型蓄電池はパックケースを備え、前記パックケースが前記ケースに熱的に結合されていてもよい。
これによれば、高出力型蓄電池で発生した熱を、パックケースからケースに伝達することができる。そして、鉛蓄電池は、ケース内に電解液が封入されており熱容量が大きいため、鉛蓄電池に、高出力型蓄電池で発生した熱を伝達しても鉛蓄電池は温度が上がりにくく、高出力型蓄電池は効率良く放熱することができる。よって、高出力型蓄電池を効率良く冷却することができる。

また、前記パックケースにはフィンが設けられていてもよい。
これによれば、高出力型蓄電池で発生した熱は、パックケースからフィンを介して放熱される。よって、高出力型蓄電池で発生した熱を、鉛蓄電池に伝えて高出力型蓄電池を冷却するだけと比べて、高出力型蓄電池に対する冷却能力を高めることができる。

また、前記高出力型蓄電池は、前記ケースに取着されたブラケットを介して前記端子形成面に搭載され、前記ブラケットには熱交換部が設けられていてもよい。
これによれば、高出力型蓄電池で発生した熱は、高出力型蓄電池からブラケットに伝達され、さらに、ブラケットに伝達された熱は、熱交換部を介して大気に放熱される。よって、高出力型蓄電池で発生した熱をブラケットを用いて放熱することでき、高出力型蓄電池を効率良く冷却することができる。

本発明によれば、蓄電池の端子間の接続に関する不具合を解消することができる。

実施形態の組電池を示す斜視図。 （ａ）は組電池を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）の２ｂ−２ｂ線断面図、（ｃ）は高出力型蓄電池用端子を示す部分側面図。 パックケースにフィンを設けた別例の組電池を示す部分斜視図。 ブラケットを備える組電池を示す斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
図１に示すように、組電池Ｔは、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０とを並列接続してなるとともに、エンジンと走行モータで駆動されるハイブリッド車に搭載される。並列接続された鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０とでは、見かけの内部抵抗が高出力型蓄電池２０の方が低くなっている。また、高出力型蓄電池２０は、鉛蓄電池１０より高出力であり、大電流を必要とするような高負荷（例えば、走行モータ）に電力を供給する一方で、鉛蓄電池１０は低負荷（例えば、照明）に電力を供給する。さらに、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０とでは、熱容量が鉛蓄電池１０の方が大きくなっている。

次に、鉛蓄電池１０の構成について具体的に説明する。鉛蓄電池１０は、四角箱状のケース１１を有するとともに、このケース１１は上方に開口する四角箱状の容器１２と、この容器１２の開口部に組み付けられる矩形板状の蓋１３とから形成されている。ケース１１内には、電解液が封入されるとともに、蓋１３の上面である端子形成面１８には、ケース１１内で電解液に浸漬された正極側の鉛蓄電池用端子１４及び負極側の鉛蓄電池用端子１５が円柱状に突設されている。正極側の鉛蓄電池用端子１４、及び負極側の鉛蓄電池用端子１５は、端子形成面１８の一方の長辺１８ａ寄りで、その長辺１８ａの両端寄りにそれぞれ配設されている。両鉛蓄電池用端子１４，１５は、蓋１３の端子形成面１８から同一方向に向けて突出している。正極側の鉛蓄電池用端子１４には正極側の端子接続部材１６が電気的に接続されるとともに、負極側の鉛蓄電池用端子１５には負極側の端子接続部材１９が圧着されている。

各端子接続部材１６，１９は、各鉛蓄電池用端子１４，１５の周面に圧着される圧着部１６ａ，１９ａと、各圧着部１６ａ，１９ａに一体の板状の接続部１６ｂ，１９ｂを備える。そして、正極側の接続部１６ｂには、正極側の外部ケーブル１７ａが締結部材３５によって締結されるとともに、接続部１６ｂと外部ケーブル１７ａとが電気的に接続されている。また、負極側の接続部１９ｂには負極側の外部ケーブル１７ｂが締結部材３５によって締結されるとともに、接続部１９ｂと外部ケーブル１７ｂとが電気的に接続されている。正極側の外部ケーブル１７ａと負極側の外部ケーブル１７ｂは、図示しない負荷に電気的に接続され、負荷に電力供給可能になっている。

次に、高出力型蓄電池２０について説明する。鉛蓄電池１０の端子形成面１８には、高出力型蓄電池２０が搭載されている。高出力型蓄電池２０は箱状のパックケース２１を備える。図１及び図２（ａ）に示すように、パックケース２１は略四角板状のベース２２と、有蓋箱状のカバー３２とを組み付けて形成されている。なお、図２（ｂ）に示すように、パックケース２１の端子形成面１８からの高さは、各鉛蓄電池用端子１４，１５に圧着状態の端子接続部材１６，１９（締結部材３５）の高さより若干高くなっている。

図２（ａ）に示すように、ベース２２は、矩形板状の第１ベース体２３と、この第１ベース体２３の一方の長辺２３ａから延設された矩形板状の第２ベース体２４とからなる。第２ベース体２４は、長辺方向への長さが第１ベース体２３より短くなっている。そして、ベース２２は、その長辺方向が端子形成面１８の長辺方向に延びるとともに、端子形成面１８の他方の長辺１８ｂ寄りに位置するように端子形成面１８上に搭載されている。また、ベース２２は、端子形成面１８に対向する面２２ａが、端子形成面１８に面接触するとともにベース２２と端子形成面１８は熱的に結合されている。

図１に示すように、第１ベース体２３上には、電池２５（本実施形態ではニッケル水素電池）が第１ベース体２３の長辺方向及び短辺方向に複数個ずつ配設され、４個で１列の電池２５群が２列配設されている。また、第２ベース体２４には、電池２５が第２ベース体２４の長辺方向に複数個配設され、２個で１列の電池２５群が配設されている。ベース２２上の全ての電池２５は直列接続されている。なお、ベース２２の短辺方向に隣り合う電池２５同士、及び長辺方向に隣り合う電池２５の一部は、接続板２８によって電気的に接続されている。また、ベース２２の長辺方向の中央には、絶縁板２９が介装されている。

カバー３２は、平面形状がベース２２の平面形状と同じに形成され、第１ベース体２３を覆う矩形箱状の第１カバー体３３と、第２ベース体２４を覆う矩形箱状の第２カバー体３４とからなる。第２カバー体３４において、各端子接続部材１６，１９の接続部１６ｂ，１９ｂと対向する側壁３４ａには、環状をなす防水コネクタ４２が側壁３４ａの長辺方向の両側に取着されるとともに、この防水コネクタ４２には、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０とを電気的に接続する接続部材としてのケーブル４０，４１が挿通されている。そして、防水コネクタ４２により、ケーブル４０，４１とカバー３２との間がシールされている。

パックケース２１内において、第２ベース体２４上に配設された一方の電池２５には正極側のバスバー２６が電気的に接続されるとともに、他方の電池２５には負極側のバスバー２７が電気的に接続されている。図２（ｃ）に示すように、各バスバー２６，２７は、それぞれベース２２上に載置される矩形状の基板２６ａ，２７ａと、この基板２６ａ，２７ａの一端に立設された電池用接続端子２６ｂ，２７ｂと、基板２６ａ，２７ａの他端に立設された筒状の外部用接続端子２６ｃ，２７ｃと、から構成されている。そして、図２（ａ）に示すように、正極側のバスバー２６の外部用接続端子２６ｃには、正極側の高出力型蓄電池用端子３０が電気的に接続されるとともに、負極側のバスバー２７の外部用接続端子２７ｃには、負極側の高出力型蓄電池用端子３１が電気的に接続されている。

正極側の高出力型蓄電池用端子３０は、鉛蓄電池１０の正極側の端子接続部材１６（接続部１６ｂ）に対して、端子形成面１８の短辺方向に沿って対向する位置に設けられ、負極側の高出力型蓄電池用端子３１は、鉛蓄電池１０の負極側の端子接続部材１９（接続部１９ｂ）に対して、端子形成面１８の短辺方向に沿って対向する位置に設けられている。そして、正極側の高出力型蓄電池用端子３０には、正極側のケーブル４０の一端が電気的に接続されるとともに、このケーブル４０の他端は正極側の端子接続部材１６の接続部１６ｂに電気的に接続されている。また、負極側の高出力型蓄電池用端子３１には、負極側のケーブル４１の一端が電気的に接続されるとともに、このケーブル４１の他端は負極側の端子接続部材１９の接続部１９ｂに電気的に接続されている。そして、鉛蓄電池１０と、高出力型蓄電池２０とは、ケーブル４０，４１によって並列接続されるとともに、鉛蓄電池１０の端子形成面１８に高出力型蓄電池２０が搭載されて組電池Ｔが形成されている。

次に、組電池Ｔの作用について説明する。
鉛蓄電池１０の両極の鉛蓄電池用端子１４，１５が突出する端子形成面１８には、高出力型蓄電池２０が搭載されている。すなわち、組電池Ｔは、鉛蓄電池１０に高出力型蓄電池２０が積み重ねて形成されている。そして、鉛蓄電池１０の両鉛蓄電池用端子１４，１５に対向する位置に、端子接続部材１６，１９が配設されるとともに、この端子接続部材１６，１９に高出力型蓄電池用端子３０，３１が接続されている。鉛蓄電池用端子１４，１５と、高出力型蓄電池用端子３０，３１とは、端子形成面１８上で近接配置されている。よって、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０とを並列接続しながらも、鉛蓄電池用端子１４，１５と、高出力型蓄電池用端子３０，３１とが、端子形成面１８の１つの面内でケーブル４０，４１で接続される。

この組電池Ｔにおいて、高出力型蓄電池２０は、高出力で、熱容量が小さく、温度が上がりやすいが、鉛蓄電池１０の端子形成面１８に搭載され、鉛蓄電池１０に熱的に結合されている。このため、高出力型蓄電池２０で発生した熱は、熱容量の大きい鉛蓄電池１０に伝わり、高出力型蓄電池２０が鉛蓄電池１０によって冷却される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）組電池Ｔにおいて、鉛蓄電池１０の端子形成面１８には両鉛蓄電池用端子１４，１５が突出するとともに、この端子形成面１８に高出力型蓄電池２０が搭載されている。そして、高出力型蓄電池２０の高出力型蓄電池用端子３０，３１は、端子形成面１８の１つの面内で両鉛蓄電池用端子１４，１５に近接配置されている。このため、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０をケーブル４０，４１で並列接続して組電池Ｔを形成しても、ケーブル４０，４１を端子形成面１８内に納めることができ、鉛蓄電池用端子１４，１５と高出力型蓄電池用端子３０，３１の接続そのものも端子形成面１８内で完了することができる。よって、例えば、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０とが間隔を空けて並べて並列接続されている場合、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０に跨るようにケーブル４０，４１を取り回す必要が無くなる。その結果として、鉛蓄電池用端子１４，１５と、高出力型蓄電池用端子３０，３１とを、短いケーブル４０，４１で接続することが可能になり、ケーブル４０，４１が長くなることによる損失を低減し、部品費用も抑えることができる。

（２）組電池Ｔにおいて、鉛蓄電池用端子１４，１５に接続された端子接続部材１６，１９と、高出力型蓄電池用端子３０，３１とは、端子形成面１８の短辺方向に対向する位置に配置されている。このため、端子接続部材１６，１９と高出力型蓄電池用端子３０，３１とを、その間で取り得る距離の最短距離でケーブル４０，４１を介して接続することができる。

（３）組電池Ｔにおいて、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０とでは、見かけの内部抵抗が高出力型蓄電池２０の方が低いため、電流は高出力型蓄電池２０の方に流れやすく高出力型蓄電池２０は温度が上がりやすい。また、高出力型蓄電池２０は、鉛蓄電池１０より高出力であることから高負荷で使用されるが、鉛蓄電池１０に比べて熱容量が小さく、温度が上がりやすい。一方、鉛蓄電池１０は、高出力型蓄電池２０に比べて見かけの内部抵抗が高く、高出力型蓄電池２０よりも電流が流れにくい。また、鉛蓄電池１０は、ケース１１内に電解液が封入され、熱容量も大きい。そして、鉛蓄電池１０の端子形成面１８に高出力型蓄電池２０が搭載され、鉛蓄電池１０と高出力型蓄電池２０は熱的に結合されている。よって、高出力型蓄電池２０で発生した熱を、鉛蓄電池１０に放熱することができ、熱容量の大きい鉛蓄電池１０により高出力型蓄電池２０を冷却することができる。

（４）高出力型蓄電池２０は、複数の電池２５をパックケース２１に収納して形成され、このパックケース２１（ベース２２）が端子形成面１８に熱的に結合されている。このため、パックケース２１内の電池２５で発生した熱を、パックケース２１（ベース２２）を介して端子形成面１８（鉛蓄電池１０）に効率良く伝達することができ、高出力型蓄電池２０を効率良く冷却することができる。

（５）鉛蓄電池１０の端子形成面１８に高出力型蓄電池２０を搭載した。そして、高出力型蓄電池２０におけるパックケース２１の高さを、端子形成面１８における端子接続部材１６，１９（締結部材３５）より若干高くした。よって、高出力型蓄電池２０は、端子形成面１８上では、端子接続部材１６，１９の高さ内にほぼ収まり、鉛蓄電池１０に高出力型蓄電池２０を搭載しても、組電池Ｔの高さを鉛蓄電池１０とほぼ変わりないものとすることができる。

（６）高出力型蓄電池２０を、パックケース２１内に電池２５を収納するとともに、パックケース２１内で全ての電池２５を接続板２８を用いて直列接続した。さらに、ベース２２には、バスバー２６，２７が設けられ、このバスバー２６，２７によって電池２５の各極にケーブル４０，４１を接続可能になっている。すなわち、高出力型蓄電池２０はモジュール化されている。よって、高出力型蓄電池２０を鉛蓄電池１０の端子形成面１８に搭載し、バスバー２６，２７にケーブル４０，４１を介して鉛蓄電池１０の鉛蓄電池用端子１４，１５を接続するだけで、組電池Ｔを簡単に製造することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、パックケース２１を介して高出力型蓄電池２０の熱を鉛蓄電池１０に伝達し、高出力型蓄電池２０を冷却するようにしたが、鉛蓄電池１０への伝熱だけでなく、図３に示すように、パックケース２１にフィン５０を設けて、フィン５０を用いて高出力型蓄電池２０を冷却するようにしてもよい。フィン５０は、パックケース２１（第１カバー体３３及び第２カバー体３４）の長さ方向に連続して延びるプレートフィンである。なお、フィンは、図３に示すプレートタイプのものに限らず、ピンタイプであってもよく、形状は適宜変更してもよい。このように構成すると、高出力型蓄電池２０の電池２５で発生した熱は、パックケース２１からフィン５０を介して放熱される。よって、高出力型蓄電池２０で発生した熱を、鉛蓄電池１０に伝えて高出力型蓄電池２０を冷却するだけに比べて、高出力型蓄電池２０に対する冷却能力を高めることができる。

○ 実施形態では、パックケース２１を介して高出力型蓄電池２０の熱を鉛蓄電池１０に伝達し、高出力型蓄電池２０を冷却するようにしたが、鉛蓄電池１０への伝熱の代わりに、図４に示すように、高出力型蓄電池２０にブラケット６０を熱的に結合し、このブラケット６０を用いて高出力型蓄電池２０を冷却するようにしてもよい。

ブラケット６０は、鉛蓄電池１０が載置される四角箱状の底壁６１と、この底壁６１の一方の長辺６１ａから立設された伝熱板６２と、底壁６１の対向する一対の短辺６１ｂから立設された支持脚６３と、伝熱板６２及び支持脚６３上に支持された矩形板状の天板６４と、を一体に備える。天板６４の平面形状は、パックケース２１の平面形状より若干大きく、天板６４の上面に、パックケース２１のベース２２の下面全面を接触させた状態で、高出力型蓄電池２０を載置できるようになっている。また、伝熱板６２には、熱交換部としての複数のプレートタイプのフィン６５が横向き（前後方向に延びるよう）に並設され、伝熱板６２とフィン６５は熱的に結合されている。

そして、底壁６１と天板６４の間に鉛蓄電池１０を収容し、底壁６１上に鉛蓄電池１０を載置して、鉛蓄電池１０のケース１１にブラケット６０が取着されている。ブラケット６０の天板６４には高出力型蓄電池２０が載置され、高出力型蓄電池２０は天板６４を介して端子形成面１８に搭載されている。

このように構成すると、高出力型蓄電池２０で発生した熱は、ベース２２から天板６４に伝達され、さらに、天板６４に伝達された熱は、伝熱板６２及び支持脚６３を介して底壁６１に伝達される。そして、底壁６１に伝わった熱は、大気に放熱される。また、伝熱板６２に伝わった熱は、フィン６５を介して大気に放熱される。よって、高出力型蓄電池２０で発生した熱を、ブラケット６０を用いて放熱することでき、高出力型蓄電池２０を効率良く冷却することができる。

熱交換部は、プレートタイプのフィン６５に限らず、ピンタイプのものであってもよい。また、プレートタイプのフィン６５とした場合は、フィン６５は横向き（前後方向）だけでなく、縦向き（上下方向）に延びるように伝熱板６２に設けてもよい。このように構成すると、縦向きのフィン６５においては、自然放熱（走行風がない無風状態）では冷却性がよくなる場合がある。

○ 実施形態では、電池２５をパックケース２１に収納したが、複数の電池２５をパックケース２１に収納せずに高出力型蓄電池２０を端子形成面１８に搭載してもよい。
○ 実施形態では、鉛蓄電池用端子１４，１５と高出力型蓄電池用端子３０，３１とをケーブル４０，４１で接続したが、板状のバスバーで接続してもよい。

○ 実施形態では、鉛蓄電池１０の端子形成面１８を、ケース１１の蓋１３に形成してケース１１の上面に形成したが、端子形成面を、ケース１１の容器１２に形成してケース１１の側面に形成してもよい。

○ 実施形態では、高出力型蓄電池２０の電池２５をニッケル水素電池としたが、ニッケル水素電池以外に、リチウムイオン電池等に変更してもよい。また、高出力型蓄電池２０をキャパシタで構成される物理電池に変更してもよい。

○ 実施形態では、鉛蓄電池用端子１４，１５に接続された端子接続部材１６，１９と、高出力型蓄電池用端子３０，３１とは、端子形成面１８の短辺方向に対向する位置に配置したが、これに限らず、端子形成面１８上で近接しているのであれば、端子接続部材１６，１９と、高出力型蓄電池用端子３０，３１との配置は変更してもよい。

○ 実施形態では、鉛蓄電池用端子１４，１５に接続された端子接続部材１６，１９と、高出力型蓄電池用端子３０，３１とを、端子形成面１８の短辺方向に対向する位置に配置したが、鉛蓄電池用端子１４，１５が、高出力型蓄電池用端子３０，３１と対向するように端子形成面１８上での鉛蓄電池用端子１４，１５の突出位置を変更してもよい。

○ 実施形態では、組電池Ｔをハイブリッド車に搭載したが、組電池Ｔをプラグインハイブリッド自動車、レンジ・エクステンダー自動車に搭載してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記高出力型蓄電池はニッケル水素電池である請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の組電池。

１０…鉛蓄電池、１１…ケース、１４，１５…鉛蓄電池用端子、１８…端子形成面、２０…高出力型蓄電池、２１…パックケース、３０，３１…高出力型蓄電池用端子、５０…フィン、６０…ブラケット、６５…熱交換部としてのフィン。

Claims (4)

1. 電解液がケース内に封入されるとともに、前記電解液に浸漬された鉛蓄電池用端子が前記ケースの端子形成面から突出する鉛蓄電池と、
   高出力型蓄電池用端子を備える高出力型蓄電池を並列接続してなり、
   前記高出力型蓄電池が、前記鉛蓄電池の前記端子形成面に搭載されるとともに、前記鉛蓄電池用端子と前記高出力型蓄電池用端子が前記端子形成面内に配置されている組電池。
2. 前記高出力型蓄電池はパックケースを備え、前記パックケースが前記ケースに熱的に結合されている請求項１に記載の組電池。
3. 前記パックケースにはフィンが設けられている請求項２に記載の組電池。
4. 前記高出力型蓄電池は、前記ケースに取着されたブラケットを介して前記端子形成面に搭載され、前記ブラケットには熱交換部が設けられている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の組電池。