JP2007022329A - 電源装置の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】搭載側からの振動や衝撃を分散・軽減すると共に搭載側の捩れの影響を軽減し、信頼性及び耐久性の向上を図る。
【解決手段】セルを積層したモジュールを固定する枠体２を支持ホルダ３の周囲に配列し、支持ホルダ３の中央部に、軸受４を介して支持軸５を取付け、この支持軸５により、枠体２及び支持ホルダ３全体を支持する。これにより、搭載側からの振動、衝撃、捩れ等の入力を狭めると共に、重量物である複数のセルを配設した枠体２を搭載側に対して相対移動可能とし、振動や衝撃を効果的に分散・軽減することができる。特に、車両に搭載する場合には、車体を通して入力される振動や衝撃を分散・軽減すると共に、車体に加わる捻りの影響を軽減することができ、安定した電源を供給することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気エネルギーを蓄積或いは発生する複数のセルから構成される電源装置の支持構造に関する。

近年、リチウムイオン二次電池や電気二重層コンデンサ等の略平面矩形状をなす扁平な蓄電体セルや、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池、中でもイオン交換膜によってアノード極とカソード極とを分離する固体高分子型燃料電池等の発電体セルの開発が進み、エネルギー密度の高さ、コンパクト性等から、各種機器の電力源として期待されている。

このような蓄電体セルや発電体セルは、電圧仕様や容量仕様等に応じて所定セル数を接続して筐体内に収納し、パッケージ化した組電池として用いることが多く、重量及び容積が大きいものとなる。従って、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電源装置として搭載する場合には、重量物である電源装置のレイアウトが重要となる。

例えば、特許文献１には、モータと変速機とからなるパワーユニットと、複数の蓄電池が一体的になってモータを駆動するバッテリユニットとを備えた電気自動車において、パワーユニットを座席シートの後方に配置すると共に、バッテリユニットの各蓄電池を車両回転中心近傍で且つ低位置に配置する技術が開示されている。
特開２００１−１０５８９３号公報

ところで、重量物である電源装置を搭載する場合には、レイアウトのみならず、搭載側からの振動や衝撃に対する耐久性を考慮する必要があり、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載する場合には、振動・衝撃に加えて、車体に加わる捩れの影響が蓄電体セルや発電体セルに及ぶ可能性があり、不具合を起こす虞がある。このため、従来は、蓄電体セルや発電体セルを収納する筐体を必要以上に強固にする傾向にあり、電源装置としての重量や容積の増加に拍車をかける結果となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、搭載側からの振動や衝撃を分散・軽減すると共に搭載側の捩れの影響を軽減し、信頼性及び耐久性の向上を図ることのできる電源装置の支持構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による電源装置の支持構造は、電気エネルギーを蓄積或いは発生する複数のセルから構成される電源装置の支持構造であって、上記複数のセルが配設される枠体に、該枠体を支持する支持軸を備え、上記枠体を、上記支持軸と上記枠体外で上記支持軸を受ける軸受構造物との少なくとも一方に対して相対移動可能に設置したことを特徴とする。

複数のセルが配設される枠体を支持する支持軸は、枠体から突出する断面円形状或いは断面多角形状の軸として形成することができ、また、支持軸を、枠体の枠組を形成する軸部材の一部で形成することもできる。

また、軸受構造物は、支持軸の端部の少なくとも一方を受け、枠体の支持軸回りと軸受構造物との少なくとも一方に、緩衝材を配設し、更に、枠体の軸受構造物或いは支持軸に対する相対移動を制限し、枠体の搭載バランスを矯正するバランサを備えることが望ましい。

本発明による電源装置の支持構造は、搭載側からの振動や衝撃を分散・軽減すると共に搭載側の捩れの影響を軽減し、セルを保護して信頼性及び耐久性の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図７は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は電源装置の支持構造を示す説明図、図２はパッケージの設置例を示す説明図、図３はパッケージの他の設置例を示す説明図、図４は蓄電体パッケージへの適用例を示す正面図、図５は図４のＡ矢視図、図６は蓄電体パッケージの変形例を示す正面図、図７は蓄電体パッケージの他の変形例を示す正面図である。

本発明は、電気エネルギーを蓄積或いは発生して供給するセル、例えば、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電体セル、或いは燃料電池等の発電体セルを、複数用いて構成される電源装置に適用される。以下では、蓄電体セルや発電体セルを総称して「電気セル」と記載する。この電気セルを用いた電源装置は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）等に搭載される。

図１に示すように、電気セル１は、所定個数ずつ積層されてモジュール（或いはスタック）化され、各モジュールを固定する枠体２が支持ホルダ３の周囲に放射状に配列されている。図１においては、（ａ）の正面図に示すように、枠体２が角柱状の支持ホルダ３の周囲に十字状に配設され、（ｂ）の側面図に示すように、長手方向に２ブロックを配設した例を示している。

支持ホルダ３の中央部には、軸受４を介して支持軸５が取付けられ、この支持軸５により、枠体２及び支持ホルダ３全体が支持される。支持軸５は、断面円形状で剛性の高い部材で形成され、軸受４との間に生じる滑りにより、支持ホルダ３に対して相対移動可能に設定されている。

枠体２及び支持ホルダ３を設置する場合には、例えば、図２に示すように、支持軸５の両端を、軸受構造物６に受皿７を介して支持する。軸受構造物６は、枠体２及び支持ホルダ３全体を電源装置として搭載する側の設置面の一部で形成するようにしても良く、支持軸５と受皿７との間に滑りを生じる構造とする。また、軸受構造物６は枠体２及び支持ホルダ３を収納する電源装置の筐体として構成することも可能であり、電源装置の筐体としての軸受構造物６を搭載側の設置面に固定するようにしても良い。

このような支持構造においては、電気セル１を配設した枠体２を支持軸５の両端で受けることにより、搭載側からの振動、衝撃、捩れ等の入力を狭めると共に、重量物である複数の電気セルを配設した枠体２を搭載側に対して相対移動可能としているため、振動や衝撃を効果的に分散・軽減することができる。特に、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載する場合には、車体を通して入力される振動や衝撃を分散・軽減すると共に、車体に加わる捻りの影響を軽減することができ、安定した電源を供給することが可能となる。

この場合、枠体２を搭載側に対して相対移動可能とするためには、支持軸５を、支持ホルダ３と軸受構造物６との少なくとも一方に対して滑りを持たせて相対移動可能とすれば良く、支持軸５を支持ホルダ３に固定或いは一体化してリジッドな状態としても良い。また、支持軸５は、断面円形状の円柱のみならず、断面多角形状の角柱とすることも可能である。支持軸５を角柱とする場合には、支持ホルダ３との嵌め合いに若干の隙間を有して遊びを持たせた状態としても良く、また、支持軸５の端部と軸受構造物６の受皿７との間に遊びを持たせることにより、支持軸５を支持ホルダ３に嵌合して固定する、或いは支持軸５と支持ホルダ３とを一体化するようにしても良い。

更に、図３に示すように、枠体２及び支持ホルダ３全体を代表する筐体８から支持軸５の一端を延出し、搭載面に設けられた受皿７Ａで支持軸５の一端を受けて筐体８を立設することも可能である。この場合には、筐体８を片持ちで支持する構造となるが、複数の電気セル１の慣性マスを利用することにより、振動を軽減することができる。

図４及び図５は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ等の略平面矩形状をなす扁平な蓄電体セル１０を電気セル１としてパッケージ化した例を示している。このパッケージは、各蓄電体セル１０に一定の圧力（面圧）を掛けて積層した面圧積層型の枠体１１を支持ホルダ１２の周囲に十字状に配設したものである。

支持ホルダ１２は、中央に円筒状の突出部が形成され、この円筒状の突出部に支持軸１３が挿入される。支持軸１３の中空部は、冷却風の通路や配線用スペースとして利用することができる。また、各蓄電体セル１０の各層間には、伝熱及び熱拡散用の矩形板状の伝熱材１４がセル積層面に密着するように配設され、蓄電体セル１０で発生する熱を伝熱・放散することで、蓄電体セル１０の放熱性向上と積層面の面圧均等化及び平滑化を図ると共に、パッケージ全体の剛性を補強する役目を果たしている。

図６は、図４及び図５に示すパッケージの支持ホルダ１２を、矩形状の中空部を設けた支持ホルダ１２Ａとするものであり、支持ホルダ１２Ａを延長して矩形状の支持軸としても良く、或いは、別部材の角柱状の支持軸を挿通するようにしても良い。また、図７は、図６の支持ホルダ１２Ａに対し、支持軸１５を内部に設け、この支持軸１５を対角上に配設した支持部１６によって補剛する。

以上のように本実施の形態においては、電気セルを配設した枠体を、搭載側に対して相対移動可能に支持することにより、搭載側からの振動、衝撃、捩れ等を効果的に分散・軽減することができ、振動・衝撃・捩れ等による各種の不具合、例えば、各セル間の電気的な接続不良、セルの劣化、セル毎の発電能力のバラツキ等を防止することができ、信頼性及び耐久性を向上して安定した品質の電源を供給することができる。

次に、本発明の実施の第２形態について説明する。図８〜図１６は本発明の実施の第２形態に係り、図８は電源装置の支持構造を示す説明図、図９は電源装置の他の支持構造を示す説明図、図１０は枠組を形成する軸部材を支持軸とした第１の例を示す説明図、図１１は支台及びバランサを用いた搭載例を示す説明図、図１２はスタビライザ及びブッシュを用いた搭載例を示す説明図、図１３はブッシュの取り付けを示す説明図、図１４はスタビライザにバランサピンを適用した例を示す説明図、図１５は枠組を形成する軸部材を支持軸とした第２の例を示す説明図、図１６は枠組を形成する軸部材を支持軸とした第３の例を示す説明図である。

第２形態は、電源装置を形成するパッケージの中心部から所定距離だけ離れた位置でパッケージを支持するものであり、図８及び図９に示す支持構造を基本としている。

図８においては、電気セル１を配設した枠体２０を係合部材２１を介して支持軸２２に吊り下げる構造を示している。また、図９においては、枠体２５の一部にフック状の係合部２６を設け、この係合部２６に支持軸２２を挿通する支持構造を示しており、支持軸２２は、枠体２５の枠組の一部を形成する軸部材で兼用することができる。尚、支持軸２２は、円柱状のみならず、角柱状であっても良い。

このような支持構造では、枠体２０，２５は、支持軸２２或いは支持軸２２を受ける搭載側の受け部に対して揺動可能に支持され、第１形態と同様、搭載側からの振動・衝撃・捩れの影響を効果的に軽減して、電気セル１を保護することができる。

このような支持構造としては、具体的には各種の適用例があり、以下、図１０〜図１６に示す代表的な適用例について説明する。

先ず、図１０に示す例では、電源装置を構成するパッケージとして、図１０（ａ）の正面図に示すような矩形枠面を形成する板状のプレート３０を、図１０（ｂ）の側面図に示すように所定間隔で配置し、各プレート３０の周縁部に、複数の柱状のフレームサポート３１を挿通して枠組を形成している。各プレート３０の間には、複数の電気セル１を積層して整列配置したモジュール１Ａが整列配置されている。

各プレート３０は、モジュール１Ａ毎の積層面に当接して電気セル１を挟持すると共に、電気セル１で発生する熱を伝熱・放散する機能を有し、電気セル１の放熱性向上と積層面の面圧均等化及び平滑化を図ると共に、フレームサポート３１とで形成される枠組により、パッケージ全体の剛性を補強する役目を果たしている。

また、パッケージの枠組を形成する複数のフレームサポート３１のうち、プレート３０の中央上部に挿通されるフレームサポート３１は、他のフレームサポート３１よりも太径に形成されて前後の外装面となるプレート３０から突出され、パッケージの中心から離れた位置でパッケージ全体を支持する支持軸３２として用いられる。

この支持軸３２は、図１１（ａ）の正面図に示すように、に示すように、搭載側に設けた支台３５，３６で両端が滑りを持って揺動自在に支持される。一方の支台３５は、支持軸３２の端部を装着するために上部が開口した受け面を有し、他方の支台３６は、図１１（ｂ）の側面図に示すように、支持軸３２の端部が挿通される円筒状のブッシュとして形成されている。尚、支台３５，３６は、同じ形状で形成しても良い。

支持軸３２の両側には、プレート３０に立設されたピン３７が配置され、各ピン３７が弾性を有するバランサ３８に当接されている。バランサ３８は、搭載側から入力される振動・衝撃・捩れ等に対し、搭載側に対する相対移動を制限して搭載バランスを矯正する緩衝材であり、支持軸３２とピン３７とのスパンを可変することにより、振動・衝撃・捩れ等の入力に対するダンパー係数やばね定数を調整することができる。

また、図１２は、支台３５，３６に代えて、バランサ３８と同様、緩衝材としての機能を併せ持つスタビライザ４０を用いる例である。図１２（ａ）の正面図及び図１２（ｂ）の側面図に示すように、スタビライザ４０は、板状の弾性部材を折り曲げて底辺部を開口した略三角形状に形成され、その頂部に、支持軸３２を滑りを持って揺動自在に支持するための凹部４０ａが形成されている。スタビライザ４０の底辺部から両側に延出される脚部４０ｂ，４０ｂは、一方が搭載側の設置面に固定され、他方が弾性部材からなるリング状のブッシュ４１（図１３参照）を介して設置面に押圧されている。

このスタビライザ４０を介してパッケージ全体を支持する支持軸３２を受けることで、振動や衝撃の上下方向の入力成分をスタビライザ４０の上下の撓みによって吸収し、横方向の入力成分をブッシュ４１によって吸収することができる。また、捩れ方向の入力成分に対しても、スタビライザ４０と支持軸３２との間の滑りによる揺動運動に加えてスタビライザ４０及びブッシュ４１の撓みにより、より効果的に捩れの影響を抑制することができる。

この場合、図１４（ａ）の正面図及び図１４（ｂ）の側面図に示すように、ブッシュ４１に代えて、スタビライザ４０の斜面に当接するバランスピン４２，４２をプレート３０に立設するようにしても良い。このスタビライザ４０とバランスピン４２，４２との組み合わせによっても、同様に、搭載側から入力される振動・衝撃・捩れを効果的に減衰させることができる。

一方、図１５（ａ）の正面図及び図１５（ｂ）の側面図に示す例は、パッケージの枠組を形成する複数のフレームサポート３１のうち、プレート３０の中央下部に挿通されるフレームサポート３１を、他のフレームサポート３１よりも太径に形成して前後の外装面となるプレート３０から突出させ、パッケージ全体を支持する支持軸３３として用いるものである。

この場合には、バランサ３８と同様のバランサ４３，４４を用い、振動・衝撃・捩れ等に対する搭載バランスを矯正する。一方のバランサ４３は、支持軸３３側方のプレート３０下部側で、長手方向の前後位置等の所定個所に配置する。また、他方のバランサ４４は、バランサ４３の斜め上方に位置するプレート３０側面側で、長手方向の前後位置等の所定個所に配置する。

更に、図１６（ａ）の正面図及び図１６（ｂ）の側面図に示すように、パッケージの枠組を形成する複数のフレームサポート３１のうち、プレート３０下部の側方に挿通されるフレームサポート３１を、他のフレームサポート３１よりも太径に形成して前後の外装面となるプレート３０から突出させ、パッケージ全体を支持する支持軸３４として用いても良い。支持軸３４は、搭載側に設置された上下２分割の軸受４５によって支持され、プレート３０の下部側に支持軸３４と所定のスパンを持って立設されたピン４６と設置面との間に、バランサ３８と同様のバランサ４７を配置することにより、振動・衝撃・捩れ等に対する搭載バランスを矯正する。

本実施の第２形態においても、前述の第１形態と同様、搭載側からの振動、衝撃、捩れ等を効果的に分散・軽減して不具合を未然に防止することができる。第２形態では、更には、搭載側に対する相対移動を制限して搭載バランスを矯正する緩衝材を用いることにより、振動・衝撃・捩れ等に対する減衰効果をより向上することができる。

本発明の実施の第１形態に係わり、電源装置の支持構造を示す説明図 同上、パッケージの設置例を示す説明図、 同上、パッケージの他の設置例を示す説明図 同上、蓄電体パッケージへの適用例を示す正面図 同上、図４のＡ矢視図 同上、蓄電体パッケージの変形例を示す正面図 同上、蓄電体パッケージの他の変形例を示す正面図 本発明の実施の第２形態に係わり、電源装置の支持構造を示す説明図 同上、電源装置の他の支持構造を示す説明図 同上、枠組を形成する軸部材を支持軸とした第１の例を示す説明 同上、支台及びバランサを用いた搭載例を示す説明図 同上、スタビライザ及びブッシュを用いた搭載例を示す説明図 同上、ブッシュの取り付けを示す説明図 同上、スタビライザにバランサピンを適用した例を示す説明図 同上、枠組を形成する軸部材を支持軸とした第２の例を示す説明図 同上、枠組を形成する軸部材を支持軸とした第３の例を示す説明図

符号の説明

１ 電気セル
２ 枠体
５ 支持軸
６ 軸受構造物
３８ バランサ
４０ スタビライザ

Claims (6)

1. 電気エネルギーを蓄積或いは発生する複数のセルから構成される電源装置の支持構造であって、
   上記複数のセルが配設される枠体に、該枠体を支持する支持軸を備え、
   上記枠体を、上記支持軸と上記枠体外で上記支持軸を受ける軸受構造物との少なくとも一方に対して相対移動可能に設置したことを特徴とする電源装置の支持構造。
2. 上記支持軸を、上記枠体から突出する断面円形状或いは断面多角形状の軸として形成したことを特徴とする請求項１記載の電源装置の支持構造。
3. 上記支持軸を、上記枠体の枠組を形成する軸部材の一部で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の電源装置の支持構造。
4. 上記軸受構造物は、上記支持軸の端部の少なくとも一方を受けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の電源装置の支持構造。
5. 上記枠体の上記支持軸回りと上記軸受構造物との少なくとも一方に、緩衝材を配設したことを特徴とする請求項１〜４の何れか一に記載の電源装置の支持構造。
6. 上記枠体の上記軸受構造物或いは上記支持軸に対する相対移動を制限し、上記枠体の搭載バランスを矯正するバランサを備えたことを特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載の電源装置の支持構造。

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