JP2012230832A

JP2012230832A - 組電池

Info

Publication number: JP2012230832A
Application number: JP2011098680A
Authority: JP
Inventors: Seiya Ishikura; 聖也石倉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-11-22

Abstract

【課題】リベットなどの連結部材に加わるせん断力を低減しながら、拘束荷重が低下するのを抑制することを目的とする。
【解決手段】組電池１００は、電池群１と、前記電池群１の積層方向両外側にある１組のエンドプレート３と、両端部が前記各エンドプレート３に接続する拘束バンド４とを備える。前記各エンドプレート３は、前記拘束バンドの端部を狭持し前記端部と接続する１組の挟持板３２Ａ、３２Ｂを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、組電池を構成する単電池の位置ずれを防止する技術に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車は、充放電可能な車両用組電池を備える。車両用組電池は、複数の単電池が積層された電池群を備える。電池群は、一対のエンドプレートにより所定の荷重で圧縮されており、この圧縮力を維持するために一対のエンドプレートは拘束バンドにより連結されている。特許文献１は、両端部が折れ曲がった拘束バンドをエンドプレートにリベットにより固定した組電池を開示する。

特開２００８−５３０１９号公報

しかしながら、単電池の積層方向に延びる拘束バンドをエンドプレートに締結部材を用いて固定する場合、締結部材に大きなせん断力が加わり、拘束バンドが位置ずれを起こすことにより拘束力が低下するおそれがある。

そこで、本願発明は、リベットなどの連結部材に加わるせん断力を低減しながら、拘束荷重が低下するのを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る組電池は、（１）単電池が複数積層された電池群と、前記電池群の積層方向の両端部に配置されることにより、前記電池群を挟み込む一対のエンドプレートと、前記積層方向に延びて前記電池群を拘束する拘束部材と、
前記一対のエンドプレートにそれぞれ設けられ、前記拘束部材を挟み込む一対のプレート部と、前記一対のプレート部を連結することにより、前記一対のプレート部に対して前記拘束部材を挟圧する挟圧力を付与する連結部材と、を有することを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記連結部材は、リベットとすることができる。リベットによれば、確実に前記一対のプレート部に対して前記拘束部材を挟圧する挟圧力を付与することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記一対のプレート部には、前記連結部材が貫通する穴部が形成されており、前記穴部の縁には一方の前記プレート部から他方の前記プレート部に向かって延びる突起部を形成することができる。突起部の肉厚分だけ強度が増すため、連結部材に加わるせん断力をさらに軽減することができる。

（４）上記（３）の構成において、前記突起部は、バーリング加工により形成することができる。前記一対のプレート部に形成される前記穴部と前記突起部とを一つの工程で形成することができる。これにより、コストが削減される。

（５）上記（３）又は（４）の構成において、前記穴部は、多角形状に形成することができる。連結部材が回転するのが抑制されるため、電池群を拘束する拘束荷重の低下を抑制できる。

（６）上記（１）乃至（５）の構成において、前記単電池は、互いに対向する一対の壁面を三つ備える角型電池であり、前記拘束部材は、前記角型電池の端子が位置する側の第１の壁面に沿って配置される第１の拘束部材と、前記第１の壁面に対向する第２の壁面に沿って配置される第２の拘束部材とを有し、前記一対のプレート部は、前記第１の壁面及び前記第２の壁面が対向する方向に延びており、一端側には前記第１の拘束部材が挟圧され、他端側には前記第２の拘束部材が挟圧されている。一対のプレート部を用いて二つの拘束部材を強固に固定することができる。

本発明によれば、リベットなどの連結部材に加わるせん断力を低減しながら、拘束荷重の低下を抑制できる。

組電池の斜視図である。組電池の一部を分解した分解斜視図である。拘束バンドおよび狭持片の斜視図である。リベットを締結する前の拘束バンド及び挟持板の断面図である。リベットを締結した後の拘束バンド及び挟持板の断面図である。バーリング加工装置の概略図である（加工前）。バーリング加工装置の概略図である（加工後）。比較例の組電池の斜視図である。比較例の拘束バンドが位置ずれを起こすときの挙動を模式的に示した模式図である。リベットが締結される穴部の輪郭を示している（変形例３に係る凹型鍵形状）。リベットが締結される穴部の輪郭を示している（変形例３に係る凸型鍵形状）。リベットが締結される穴部の輪郭を示している（変形例３に係る三角形状）。リベットが締結される穴部の輪郭を示している（変形例３に係る四角形状）。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、組電池の斜視図である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに異なる直交する三軸である。本実施形態に係る組電池１００は、車両に搭載される。車両は、組電池１００の電力を用いてモータを駆動する第１の駆動部と、内燃機関からなる第２の駆動部とを動力源として兼用するハイブリッド自動車、或いは前記第１の駆動部のみを動力源として備える電気自動車であってもよい。

組電池１００は、電池群１、ブラケット２、ブラケット２´、エンドプレート３および拘束バンド４を備える。電池群１は、電気的に互いに接続された複数の単電池１１を備える。これらの単電池１１は、図１の矢印で示す積層方向（Ｘ軸方向）に積層される。単電池１１は、正極体と、負極体と、正極体および負極体の間に介在するセパレータとを含む。セパレータの中には電解液が含浸されている。単電池１１は積層方向に圧縮されることで、電解液を含むセパレータと正極体等との接触面積が増加し、出力特性が良好になる。単電池１１の上端面（Ｚ軸方向の端面）側には、一対の端子電極１１Ａが設けられている。

図２は、組電池の一部を分解して図示する分解斜視図である。図１及び図２を参照して、ブラケット２は、エンドプレート３及び単電池１１の間に位置する。ブラケット２のＸ軸方向の端面には凸部２３が形成されており、この凸部２３はエンドプレート３の凹部３１Ａに圧入される。ブラケット２のＺ軸方向の両端部には、案内筒部２１が形成されている。ブラケット２のＹ軸方向の両端部には、鍔部２２が形成されている。鍔部２２は、Ｘ軸方向の反対方向に延びている。

図１を参照して、隣接する単電池１１の間にはブラケット２´が位置する。ブラケット２´のＺ軸方向の両端部には、案内筒部２１´が形成されている。ブラケット２´は、Ｙ軸方向の両端部に鍔部２２´を備える。鍔部２２´は、Ｘ軸方向の両側に延びている。組電池１の組立状態において、隣接するブラケット２´の鍔部２２´は互いにＸ軸方向の端部が接触している。また、組電池１の組立状態において、隣接するブラケット２´の案内筒部２１´は互いにＸ軸方向の端部が接触している。これらの案内筒部２１、２１´の内部には、拘束バンド４を配置するためのスペースが形成される。

エンドプレート３は、組電池１００の積層方向の両端部に位置する。エンドプレート３は、プレート本体３１と、一対の挟持板（一対のプレート部）３２Ａ、３２Ｂ、一対の挟持板（一対のプレート部）３３Ａ、３３Ｂ及び脚部３４を備える。プレート本体３１は、ブラケット２に対向する。挟持板３２Ａ、３２Ｂは、Ｘ軸方向視において一方の端子電極１１Ａを僅かに避けた領域に位置し、挟持板３３Ａ、３３Ｂは、Ｘ軸方向視において他方の端子電極１１Ａを僅かに避けた領域に位置する。挟持板３２Ａ、３２Ｂ及び挟持板３３Ａ、３３Ｂの構成は同じであるため、挟持板３２Ａ、３２Ｂの構成についてのみ詳細に説明する。

挟持板３２Ａ、３２Ｂは、プレート本体３１のブラケット２に面する側の面とは反対側の面に固定されており、組み立て状態において、案内筒部２１の内径部と挟持板３２Ａ、３２Ｂに挟まれた領域とがＸ軸方向視においてオーバーラップしている。挟持板３２Ａ、３２Ｂは、板金であってもよい。

拘束バンド４はＸ軸方向に延びており、Ｙ−Ｚ断面における断面形状はＹ軸方向が短く、Ｚ軸方向が長く形成されている。拘束バンド４は、案内筒部２１、２１´内に挿通されており、その長手方向端部（Ｘ軸方向端部）が挟持板３２Ａ、３２Ｂにより挟まれている。案内筒部２１、２１´内に拘束バンド４を挿通させることにより、拘束バンド４の位置決め精度が高まり、取り付け作業が容易化される。

図３は、拘束バンドおよび狭持片の斜視図である。図３を参照して、挟持板３２Ａ、３２Ｂにはそれぞれ貫通穴部３２１Ａ、３２１Ｂが形成されている。拘束バンド４には、貫通穴部４Ａが形成されている。挟持板３２Ａ、３２Ｂ及び拘束バンド４は、貫通穴部３２１Ａ、３２１Ｂ、４Ａに挿入されるリベット（連結部材）６によりリベット止めされる。リベット６は、挟持板３２Ａ、３２Ｂに対して拘束バンド４を挟圧する挟圧力を付与する。

ここで、電池群１が一対のエンドプレート３に圧縮されることにより所定の出力特性が得られるため、拘束バンド４をエンドプレート３に強固に固定することにより、エンドプレート３が互いに離間するのを防止する必要がある。この点、本実施形態に係る拘束バンド４は、挟持板３２Ａ、３２Ｂに挟圧されることにより、高い摩擦力で保持される。さらに、挟持板３２Ａ、３２Ｂの挟圧作用により、リベット６に加わるせん断力を抑制することができる。

貫通穴部３２１Ａ、３２１Ｂ、４Ａは、６角形状に形成されている。これにより、リベット６がその軸周りに回転するのを抑制できる。その結果、拘束バンド４の位置ずれが抑制され、電池群１を圧縮する圧縮力の低下、つまり荷重抜けを抑制できる。

ここで、挟持板３２Ａの貫通穴部３２１Ａには、穴の縁から立ち上がる突起部３２２Ａが形成されている。挟持板３２Ｂの貫通穴部３２１Ｂには、穴の縁から立ち上がる突起部３２２Ｂが形成されている。これらの突起部３２２Ａ及び突起部３２２Ｂは、拘束バンド４の貫通穴部４Ａに挿入される。

図４及び図５は、拘束バンド４及び挟持板３２Ａ、３２ＢをＹ−Ｚ面で切断した断面図であり、図４はリベットを締結する前の状態を示し、図５はリベットを締結した後の状態を示している。ただし、これらの図では、貫通穴部４Ａの近傍の領域のみを図示している。

図４に図示するように、挟持板３２Ａの突起部３２２Ａは拘束バンド４の貫通穴部４Ａの一方側から挿入され、挟持板３２Ｂの突起部３２２Ｂは拘束バンド４の貫通穴部４Ａの他方側から挿入される。図５に図示するように、これらの突起部３２２Ａ及び３２２Ｂは、貫通穴部４Ａの内部において当接し、拘束バンド４は一対の挟持板３２Ａ、３２Ｂに挟まれている。したがって、拘束バンド４の貫通穴部４Ａの内面は、突起部３２２Ａ及び突起部３２２Ｂにより覆われ、これらの突起部３２２Ａ及び突起部３２２Ｂに囲まれた領域の内側にリベット６が挿入される。挿入されたリベット６の先端部はカシメられる。これにより、一対の挟持板３２Ａ、３２Ｂが互いに接近して、拘束バンド４が強圧される。

また、リベット６と拘束バンド４の貫通穴部４Ａとの間に突起部３２２Ａ及び３２２Ｂが位置するため、リベット６単体で拘束バンド４からのせん断力を受ける構成よりも、突起部３２２Ａ（突起部３２２Ｂ）の厚み分だけ構造が強化され、リベット６に加わるせん断力を低くすることができる。

挟持板３２Ａの貫通穴部３２１Ａ及び突起部３２２Ａは、バーリング加工により形成することができる。図６及び図７は、バーリング加工を有効に実施するための加工装置の概略図である。バーリング加工装置７００は、ダイ７とパンチ８とを備える。ダイ７は、狭持板３２を固定して支持可能なエジェクタプレート７１と、ダイチップ７２とを備える。エジェクタプレート７１は、弾性部材７３に支持されており、弾性部材７３が伸縮することにより、上下に進退可能である。パンチ８は、狭持板３２を下方に押しこむ押込部８１と、押込部８１に対して固定されたパンチチップ８２とを備える。パンチチップ８２は、貫通穴部３２Ａに対応して開口部８２Ａを備える。

バーリング加工装置７００の動作を説明する。図６を参照して、エジェクタプレート７１の上に、下穴３１１が形成された狭持板３２を固定する。狭持板３２の下穴３１１に向かってパンチチップ８２を下動させ、下穴３１１を押し拡げる。パンチ８をさらに下動させると、下穴３１１の周りがパンチチップ８２の開口部８２Ａに沿った形状に変形し、貫通穴部３２１Ａ及び突起部３２２Ａが形成される。バーリング加工によれば、貫通穴部３２１Ａ及び突起部３２２Ａを一つの工程で加工することができる。

図８は、本実施形態の比較例であり、組電池の部分斜視図である。複数の単電池からなる組電池４００を挟むエンドプレート３００には、プレート１００が形成されている。プレート１００の外面には拘束バンド４がリベット６０により固定されている。したがって、比較例の構成では、拘束バンド４の拘束荷重が全てリベット６０に加わり、リベット６０は大きなせん断力を受ける。これに対して、本実施形態では、挟持板３２Ａ、３２Ｂにより拘束バンド４が強圧されているため、リベット６に加わるせん断力を軽減することができる。さらに、リベット６と拘束バンド４の貫通穴部４Ａとの間に突起部３２２Ａが介在しているため、リベット６に加わるせん断力をさらに軽減することができる。

比較例では、リベット６０が挿入されるプレート１００の穴部が円形に形成されている。図９は、比較例の拘束バンド４が位置ずれを起こすときの挙動を模式的に示した模式図である。比較例の構成では、リベット６０が回転し易い構成であるため、矢印方向にプレート１００が回転して、拘束バンド４が位置ずれを起こすことにより、拘束荷重が抜けるおそれがある。これに対して、上述の実施形態では、挟持板３２Ａ、３２Ｂ、拘束バンド４の貫通穴部３２１Ａ、３２１Ｂ、４Ａが六角形状に形成されているため、挟持板３２Ａ、３２Ｂがリベット６の軸周りに回転するのを抑制できる。これにより、電池群１を拘束する拘束荷重の荷重抜けが抑制される。

図１を参照して、脚部３４は締結孔部３４Ａを備え、この締結孔部３４Ａに図示しないボルトを締結することにより、固定部（例えば、車両のフロアパネル）に固定される。

（変形例１）
上述の実施形態では、挟持板３２Ａ、３２Ｂをリベット６により連結したが、挟持板３２Ａ、３２Ｂに対して拘束バンド４を挟圧する挟圧力を付与できる連結部材であれば、他の部材であってもよい。当該他の部材は、一組のボルト及びナットであってもよい。例えば、挟持板３２Ａ、３２Ｂ、拘束バンド４の貫通穴部３２１Ａ、３２１Ｂ、４Ａにネジ溝を形成し、これらの貫通穴部３２１Ａ、３２１Ｂ、４Ａにボルトを締結して、さらにボルトの先端部にナットを締結することにより、挟持板３２Ａ、３２Ｂに挟圧力を付与することができる。

（変形例２）
上述の実施形態では、挟持板３２Ａ及び３２Ｂの突起部３２２Ａ及び３２２Ｂをバーリング加工により形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の加工方法であってもよい。当該他の加工方法は、金型を用いた射出成型法、鋳型法であってもよい。

（変形例３）
上述の実施形態では、挟持板３２Ａ、３２Ｂ、拘束バンド４の貫通穴部３２１Ａ、３２１Ｂの形状を六角形状に形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の多角形状であってもよい。図１０は、当該他の多角形状の具体例を示している。図１０Ａの貫通穴部３２１Ａ等は円形の開口部の一部を径方向内側に凹ませた鍵穴形状であり、図１０Ｂの貫通穴部３２１Ａ等は円形の開口部の一部を径方向外側に凸とした鍵穴形状であり、図１０Ｃの貫通穴部３２１Ａ等は三角形状の開口部であり、図１０Ｄの貫通穴部３２１Ａ等は四角形状の開口部である。

１電池群３エンドプレート４拘束バンド６リベット
１１単電池３２Ａ，３２Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ狭持板
３２１Ａ，３２１Ｂ，４Ａ貫通穴部３２２Ａ，３２２Ｂ突起部

Claims

単電池が複数積層された電池群と、
前記電池群の積層方向の両端部に配置されることにより、前記電池群を挟み込む一対のエンドプレートと、
前記積層方向に延びて前記電池群を拘束する拘束部材と、
前記一対のエンドプレートにそれぞれ設けられ、前記拘束部材を挟み込む一対のプレート部と、
前記一対のプレート部を連結することにより、前記一対のプレート部に対して前記拘束部材を挟圧する挟圧力を付与する連結部材と、
を有することを特徴とする組電池。
前記連結部材は、リベットであることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記一対のプレート部には、前記連結部材が貫通する穴部が形成されており、前記穴部の縁には一方の前記プレート部から他方の前記プレート部に向かって延びる突起部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
前記突起部は、バーリング加工により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の組電池。
前記穴部は、多角形状に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の組電池。
前記単電池は、互いに対向する一対の壁面を三つ備える角型電池であり、
前記拘束部材は、前記角型電池の端子が位置する側の第１の壁面に沿って配置される第１の拘束部材と、前記第１の壁面に対向する第２の壁面に沿って配置される第２の拘束部材とを有し、
前記一対のプレート部は、前記第１の壁面及び前記第２の壁面が対向する方向に延びており、一端側には前記第１の拘束部材が挟圧され、他端側には前記第２の拘束部材が挟圧されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の組電池。