JP2013008478A - 電槽ケース、単電池及び組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘る振動環境下においても各単電池のガタツキを抑えることができる組電池を提供する。
【解決手段】単電池１０は、略角形形状の電槽ケース１と、電槽ケースの上方に出力端子２、３とを備える単電池であって、電槽ケースは両方の短側面に連結部材４、５を備え、連結部材は上下両端部に貫通孔４１、４２、５１、５２を備え、各貫通孔は、略楕円形である。各貫通孔は、長軸の方向を電槽ケースの中心付近に向けて形成される。組電池２０は、単電池１０群及び一対のエンドプレートを連結する連結ロッド１２を備える。連結ロッドは、電槽ケースの中心方向に向かって貫通孔の一部に接触させる。このようにすると、連結ロッドの各方向からの押圧により各単電池を保持して組電池の耐振動性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、組電池の製造に適した単電池の電槽ケースに関する。

複数の単電池を連結してモジュール（組電池）とする技術として、複数の単電池と、積層された各単電池の間に配される電池隔壁と、それらを挟持するための一対のエンドプレートと、エンドプレートに突出形成された締結部材と、その締結部材に挿通されて一対のエンドプレートを締結する締結ロッドとを含む二次電池モジュールが知られている（特許文献１）。

特開２００６−１５６３９２号公報

一対のエンドプレートと締結（連結）ロッドのみで組電池を狭持する従来の構造に対して、本件発明者は、各単電池の側面に連結ロッドを挿通するための貫通孔を設けた連結部材を設けた新規な構造を検討している。

しかし、連結孔とエンドプレートはいずれも同心円でしかも貫通孔の内径は連結ロッドの内径よりも連結ロッドを挿通する際のクリアランスの分だけ大きいため、振動や衝撃によりガタツキ（backlash）が発生しやすい。さらに、長期間に亘る振動環境下ではガタツキが増大し、貫通孔が摩耗すると共に連結ロッドにも負荷がかかりやすい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、組電池を長期間に亘る振動環境下においた場合でも振動や衝撃によるガタツキの発生を抑えることを主たる技術的課題とする。

本発明に係る電槽ケースは、前記電槽ケースは幅の狭い一対の短側面と幅の広い一対の長側面とを有する直方体状であり、前記一対の短側面の各上下両端部に連結部材を備え、
前記連結部材は、前記短側面の幅方向に貫通する貫通孔を備え、
前記貫通孔の形状は、真円よりも扁平した略楕円形状であることを特徴とする

また、上記の該電槽ケースに収容された発電要素と、前記電槽ケースの上方に前記発電要素の出力端子とを備えることで単電池を構成することができ、さらに、この単電池を複数配置して連結することで組電池を構成することができる。

本発明を用いて構成した組電池は、長期間に亘る振動環境下においた場合でも振動や衝撃によるガタツキの発生と増大が抑えられる。

第１の実施形態の組電池、（ａ）は組電池の斜視図であり、（ｂ）は組電池の断面図 第１の実施形態の組電池の単電池、（ａ）は単電池の斜視図であり、（ｂ）は単電池の正面図 第１の実施形態の組電池の変形例、（ａ）は組電池の一例の断面図、（ｂ）は組電池の他の例の断面図 第２の実施形態の組電池の単電池 第３の実施形態の組電池の一例、（ａ）は緩衝部材を取り付ける様子を説明する図であり、（ｂ）は緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図 第４の実施形態の組電池の他の例、（ａ）は緩衝部材を取り付ける様子を説明する図であり、（ｂ）は緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図 各実施形態で説明する単電池を収容する電槽ケース

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一又は同種の機能を発揮する構成部分については同じ符号を用いて説明を省略する場合がある。また、各実施形態はいずれも例示であり、本発明について限定的な解釈を与えるものではない。まず、第１の実施形態の組電池の全体について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の組電池を示す図である。図１（ａ）は、組電池の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａの方向に見た断面図である。なお、図１（ｂ）中の矢印は、連結ロッドによって押圧される方向を示す。図１（ａ）に示すように、組電池２０は、複数の単電池１０と、一対のエンドプレート１１と、金属製の連結ロッド１２と、ナット１３と、両端部に凸部が設けられたスペーサー１４とを有する。

図２は、図１の組電池の単電池を示す図である。図２（ａ）は、単電池の斜視図であり、図２（ｂ）は、単電池の正面図である。図２（ａ）に示すように、単電池１０は、発電要素が電槽ケース１に収容され、単電池１０の上面両端部に正極端子２及び負極端子３が設けられ、中央部に安全弁６が設けられる。

図７（ａ）は、電槽ケース１の斜視図であり、図７（ｂ）は、電槽ケース１の正面図である。この図に示すように、電槽ケース１は、幅の狭い一対の短側面と幅の広い一対の長側面とを有する直方体状であり、電槽ケース１の内部に正極、負極、電解質等を備えた発電要素を収容することができる。そして、この一対の短側面のそれぞれに樹脂などで構成される連結部材４、５が設けられる。なお、この電槽ケースは以下の各実施形態で説明する単電池に用いられるものである。

連結部材４、５及び一対のエンドプレート１１は、いずれも短側面の幅方向に連結ロッド１２を挿通するための貫通孔を有する。ここで、エンドプレート１１の貫通孔は真円であるが、連結部材４、５に設けられる貫通孔の形状は、真円よりも扁平した略楕円形状で構成される。なお、本明細書において「略楕円形状」とは、必ずしも数学的に厳密な楕円形状を指すものではなく、エンドプレートの貫通孔の中心から偏心して連結部材の貫通孔に押圧力が作用するように、真円よりも扁平した環状であればよい。例えば、略楕円形には端部を丸めた長方形等も含む。このような構成であると、連結ロッドからの押圧力を定位置で受け止めることができ、すなわち定位置での拘束性が改善する。従って、組電池が長期間に亘り振動を受け続けることで貫通孔が摩耗して内径が広げられた場合でも、エンドプレートと貫通孔がいずれも同心円である場合と比較して、振動負荷が増大しにくくなり、耐振動性が向上する。

貫通孔４１、４２、５１、５２は、この略楕円形の長軸の方向を単電池１０（電槽ケース１）の中心部側に向けてそれぞれ形成されている。こうすることで四本の連結ロッド１２からの押圧力を貫通孔の扁平した幅の狭い部分で効率良く受けることができ、定位置での拘束力が改善し各単電池１０を強固に保持して耐振動性を向上させることができる。しかも、連結ロッドから受ける応力は電槽ケース１の中心部側に向けて、すなわち連結部材の接着方向に作用し続けるため、連結部材自体が剥離しにくくなる利点もある。

図２に示すように、本実施形態で例示する電槽ケース１は、一つの短側面に取り付けられる上下の連結部材が一体物で構成されており、その中央部に通じる窓枠部４４、５４をそれぞれ有する。窓枠部４４、５４は、単電池１０の短側面からの放熱を促進させる役割を担う。さらに、連結部材４，５には隣り合う単電池の間に間隙を形成するためのスペーサー１４が設けられている。窓枠部の両脇にはスペーサー１４を取り付けるための凹部４３、５３が設けられる。連結部材を上下一体に構成すると、射出成形により形成するにあたって射出口を減らせることで製造工程を簡素化できる利点があり、凹部４３、５３を設けることができる利点もある。ただし、上下の連結部材は別体で構成されていてもよい。別体で構成すると電槽ケースの露出部分が大きくなるため、窓枠部を設ける場合よりもさらに放熱を促進させる効果を有する。

図２（ｂ）に示すように、連結部材４又は連結部材５と短側面の曲面部分とにより間隙７が形成されている。間隙７を形成することによって、連結部材４、５が電槽ケース１に対し剥離方向の押圧力を受けた場合でも、ケースのエッジ部にＲが設けられている場合には、連結部材４、５と電槽ケース１との接着面がその負荷を直接受けにくくなる。また、後述するように連結部材４、５間に弾性体からなる緩衝部材を設ける場合は、設置のための間隙としても利用できる。

図２（ａ）に示すように、連結部材４、５の幅は、スペーサー１４の幅を考慮して電槽ケースの短側面の幅よりも大きく構成されているが、第３及び第４の実施形態で例示するように、電槽ケースの短側面の幅と同じにしておいて隣接する連結部材間にスペーサーとしても機能する緩衝部材を設けても良い。

電槽ケース１の材質は、例えば、アルミニウム等の金属や合成樹脂からなる。連結部材４、５の材質は、例えば樹脂などの連結ロッドよりも機械的に柔らかい部材からなり射出成形によって製造される。連結部材４、５は、電槽ケース１に接着剤で接着して取り付けてもよく、射出成形によって金属製の電槽ケース１と一体化して形成してもよい。

例えば、次の方法を用いてアルミニウム製の電槽ケースに樹脂の連結部材を接合してもよい。まず、トリアジンチオール誘導体を含有する電解質水溶液中で、電槽ケース（アルミニウム）を陽極とし、白金板、チタン板、又はカーボン板を陰極として、陽極と陰極との間に電圧を印加し、電槽ケースの表面に陽極酸化皮膜を形成する（電着工程）。その後電槽ケースを温度４０℃〜６０℃の水で５秒〜１２０秒間洗浄する（洗浄工程）。これにより、樹脂材料との接合性に優れたアルミニウム部材が電槽ケースに形成される。そして、射出成形で連結部材をそのアルミニウム部材に直接成形することでアルミニウム製の電槽ケースに樹脂の連結部材を接合することができる。

組電池２０の組み立て方法は次の通りである。まず、連結部材４と連結部材５とが交互に隣接するように単電池１０を並置する。このとき、連結部材４、５の凹部にスペーサー１４の凸部をそれぞれ嵌合させて各単電池１０の間にスペーサー１４を配置する。次にそれらを一対のエンドプレート１１で挟持し、連結部材４、５及びエンドプレート１１の貫通孔に連結ロッド１２をそれぞれ挿入する。次に連結ロッド１２の両端部をナット１３により締め付けて各単電池１０を連結する。これにより、組電池２０を得ることができる。

図３は、第１の実施形態の組電池の変形例を示す図である。図３（ａ）は、組電池の一例の断面図であり、図３（ｂ）は、組電池の他の例の断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、いずれも図１（ｂ）と同様にして所定の連結部材同士の接触面から見た断面図を示す。なお、矢印は、連結ロッドによって押圧される方向を示す。

図３（ａ）に示すように、組電池６０は、複数の単電池６１と、エンドプレート６８と、金属製の連結ロッド１２とを有する。単電池６１は、一対の短側面のそれぞれに樹脂などで構成される連結部材６２、６３が設けられている。連結部材６２及び６３には、いずれも略楕円形状の貫通孔６４、６５、６６、６７が設けられている。エンドプレート６８は、連結ロッド１２を挿通するための貫通孔を有する。組電池６０の他の構成は、組電池２０と同様である。

貫通孔６４、６５、６６、６７は、この略楕円形の長軸の方向を単電池１０（電槽ケース１）の上面又は底面の中央部に向けてそれぞれ形成されている。このように構成した場合も、四本の連結ロッド１２からの押圧力を貫通孔の扁平した幅の狭い部分で効率良く受けることができ、定位置での拘束力が改善し各単電池６１を強固に保持して耐振動性を向上させることができる。しかも、図２（ｂ）の場合同様、連結ロッドから受ける応力は連結部材の接着方向に作用し続けるため、連結部材自体が剥離しにくくなる利点もある。

なお、図３（ｂ）に示すような変形例も考えられる。すなわち、図３（ｂ）に示すように、組電池７０は、複数の単電池７１と、エンドプレート７８と、金属製の連結ロッド１２とを有する。単電池７１は、一対の短側面のそれぞれに樹脂などで構成される連結部材７２、７３が設けられている。連結部材７２及び７３には、いずれも略楕円形状の貫通孔７４、７５、７６、７７が設けられている。エンドプレート７８は、連結ロッド１２を挿通するための貫通孔を有する。組電池７０の他の構成は、組電池２０と同様である。

貫通孔７４、７５、７６、７７は、この略楕円形の長軸の方向を単電池１０（電槽ケース１）の中央部から遠ざかるように四隅に向けて形成されている。このように構成した場合も、四本の連結ロッド１２からの押圧力を貫通孔の扁平した幅の狭い部分で効率良く受けることができ、定位置での拘束力が改善し各単電池６１を強固に保持して耐振動性を向上させることができる。ただし、上述した図２（ｂ）や図３（ａ）とは異なり、この場合連結部材の剥離方向に作用することになるが、その場合でも、全体としては各単電池７１を強固に保持して耐振動性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態の組電池の単電池を示す正面図である。単電池８１は、一対の短側面のそれぞれに樹脂などで構成される連結部材８２、８３が設けられている。連結部材８２は略楕円形状の貫通孔８４、８５を、連結部材８３は略楕円形状の貫通孔８６、８７をそれぞれ有する。貫通孔８４、８５、８６、８７の形状は、略楕円形状の長軸の方向について単電池８１（電槽ケース１）の中心部に向けて先細り形状に形成される。単電池８１の他の構成は、単電池１０と同様となっている。

第１の実施形態の組電池と同様にこの単電池８１を用いて組電池を構成すると、組電池が長期間に亘り振動負荷を受けた場合でも、連結ロッドからの押圧を各貫通孔８４、８５、８６、８７の先細りした部分で効率良く受けることができ、定位置での拘束力が改善し、各単電池８１をより強固に保持して耐振動性をさらに向上させることができる。

（第３の実施形態）
上記第１及び第２の実施形態で例示した組電池は、各連結部材の幅を電槽ケースの短側面と幅を等しくすると共に、隣接する連結部材同士間に緩衝部材を設けてもよい。図５は、第３の実施形態の組電池の一例を示す図である。図５（ａ）は、緩衝部材を取り付ける様子を説明する図であり、図５（ｂ）は、緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図である。なお、図５は、その他の単電池、エンドプレート、連結ロッド等を省略している。矢印は、緩衝部材の嵌合凸部の挿入される方向を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、緩衝部材１６は、ゴム等の弾性部材からなり、嵌合凸部１７を有する。緩衝部材１６は、連結部材４、５の上下両端部でそれぞれ挟まれるように配置される。この際に、嵌合凸部１７は電槽ケース１の短側面と連結部材４又は連結部材５により形成された間隙７にそれぞれ嵌合され、緩衝部材１６自身の回転を防止する。

緩衝部材１６は弾性部材で構成されるため、組電池が機械的衝撃を受けた際に各単電池への衝撃を緩和する。特に、連結部材同士が直接接する場合と比べて、組電池が外部からの衝撃による応力を受けた場合でもその応力が連結部材を通じて直接伝達することがなくなるため、連結部材の損傷や剥離が抑えられる。

第３の実施形態の組電池は、緩衝部材１６で各単電池１０間の振動や衝撃を緩衝させて各単電池１０間の緩みを抑えることができる。また、緩衝部材１６をスペーサーとすることで各単電池１０間の距離を調整することができる。しかも、高価な各単電池の電槽ケースの構成部品（ＡＳＳＹ）の規格点数を減らすことができ、コスト的にも有利である。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態の組電池の他の例を示す図である。図６（ａ）は、緩衝部材を取り付ける様子を説明する図であり、図６（ｂ）は、緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図である。なお、図６は、その他の単電池、エンドプレート、連結ロッド等を省略している。矢印は、緩衝部材の嵌合凸部の挿入される方向を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、単電池９１は、一対の短側面のそれぞれに樹脂などで構成される連結部材９２、９３が設けられている。連結部材９２、９３以外の単電池９１の構成は基本的に第１の実施形態の単電池１０と同じである。連結部材９２は、連結部材４と同様の構成に、さらに上下両端部に溝９４を設けたものである。また、連結部材９３は、連結部材５と同様の構成に、さらに上下両端部に溝９４を設けたものである。緩衝部材９５は、ゴム等の弾性部材からなり、嵌合凸部９６を有する。緩衝部材９５は、連結部材９２、９３の上下両端部でそれぞれ挟まれるように配置される。この際に、嵌合凸部９６は連結部材９２又は連結部材９３の溝９４にそれぞれ嵌合され、緩衝部材９５自身の回転を防止する。緩衝部材９５は、組電池が機械的衝撃を受けた際に各単電池への衝撃を緩和する。

第４の実施形態の組電池は、緩衝部材９５で各単電池９１間の振動や衝撃を緩衝させて各単電池９１間の緩みを抑えることができる。また、緩衝部材９５をスペーサーとすることで各単電池９１間の距離を調整することができる。しかも、高価な各単電池の電槽ケースの構成部品（ＡＳＳＹ）の規格点数を減らすことができ、コスト的にも有利である。

１ 電槽ケース
２、３ 出力端子
４、５ 連結部材
６ 安全弁
７ 間隙
１０ 単電池
１１ エンドプレート
１２ 連結ロッド
１３ ナット
１４ スペーサー
１６ 緩衝部材
２０ 組電池
４１、４２、５１、５２ 貫通孔
４３、５３ スペーサー取り付け用凹部
６０、７０ 組電池
６１、７１、８１、９１ 単電池
６２、６３、７２、７３ 連結部材
６４、６５、６６、６７ 貫通孔
７４、７５、７６、７７ 貫通孔
８１、８２ 連結部材
８４、８５、８６、８７ 貫通孔
９２、９３ 連結部材
９５ 緩衝部材

Claims (9)

1. 電槽ケースであって、前記電槽ケースは幅の狭い一対の短側面と幅の広い一対の長側面とを有する直方体状であり、前記一対の短側面の各上下両端部に連結部材を備え、
   前記連結部材は、前記短側面の幅方向に貫通する貫通孔を備え、
   前記貫通孔の形状は、真円よりも扁平した略楕円形状であることを特徴とする電槽ケース。
2. 前記貫通孔は、前記貫通孔の扁平した略楕円形状の長軸方向が前記電槽ケースの中心部側に向けて形成されることを特徴とする請求項１記載の電槽ケース。
3. 前記貫通孔は、略楕円形状の長軸の方向について前記電槽ケースの中心部に向けて先細り形状に形成されることを特徴とする請求項２記載の電槽ケース。
4. 前記連結部材は、上下で一体構造であると共に前記短側面の中央部に通じる窓枠部を備えることを特徴とする請求項１記載の電槽ケース。
5. 前記連結部材の幅は、前記短側面の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電槽ケース。
6. 前記連結部材は、前記短側面の幅と同じであると共に緩衝部材を取り付けるための間隙又は溝部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電槽ケース。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電槽ケースと、該電槽ケースに収容された発電要素と、前記電槽ケースの上方に前記発電要素の出力端子とを備えることを特徴とする単電池。
8. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電槽ケースと、該電槽ケースに収容された発電要素と、前記電槽ケースの上方に前記発電要素の出力端子とを備えることを特徴とする単電池を複数並置した単電池群と、
   前記単電池群を挟持するための一対のエンドプレートと、
   前記貫通孔に挿通されて前記単電池群及び前記一対のエンドプレートを連結する連結ロッドとを含む組電池。
9. 請求項６記載の電槽ケースと、該電槽ケースに収容された発電要素と、前記電槽ケースの上方に前記発電要素の出力端子とを備えることを特徴とする単電池を緩衝部材を介して複数並置した単電池群と、
   前記単電池群を挟持するための一対のエンドプレートと、
   前記貫通孔に挿通されて前記単電池群及び前記一対のエンドプレートを連結する連結ロッドとを含む組電池。

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