JP2013251126A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の蓄電モジュールを一対の連結プレート間に締結して蓄電装置を構成する際に、蓄電モジュールの高電位側および低電位側の誤組みを防止する。
【解決手段】 複数の蓄電モジュールMを一対の連結プレート26間に配置し、一対の連結プレート26に設けた基準締結孔26aに一対のエンドプレート14A,14Bにそれぞれ設けた締結孔23dを位置合わせして締結部材29で締結して蓄電装置Pを構成する。一対のエンドプレート14A,14Bは、主プレート22と、締結孔23dを備える副プレート23とからなり、主プレート22および副プレート23は締結孔23dの位置が異なる二つの位置関係で結合可能であるので、高圧側および低圧側のエンドプレート14A,14Bを相互に別形状となるように組み立てて連結プレート26に対する誤組みを防止することができ、しかも形状が異なる高電位側および低電位側のエンドプレート14A,14Bを別個に製造する必要がないためにコストダウンが可能になる。
【選択図】 図5

Description

本発明は、複数の蓄電セルを積層方向に積層し、複数の前記蓄電セルの積層方向両端に一対のエンドプレートを重ね合わせて蓄電モジュールを構成し、前記複数の蓄電モジュールを一対の連結プレート間に配置し、前記一対の連結プレートに設けた基準締結孔に前記一対のエンドプレートにそれぞれ設けた締結孔を位置合わせして締結部材で締結する蓄電装置に関する。
積層した複数の蓄電セルの外側に一対のエンドプレートを重ね合わせたものをスタックメンバで一体に締結して蓄電モジュールを構成し、蓄電モジュールの一対のエンドプレートの積層方向外側に重ね合わせた一対の補強部材の下端を、一対の支持プレート上にピン(ボルト)を介して固定するものが、下記特許文献1により公知である。
特開2010−272520号公報
ところで、複数の蓄電セルを電気的に直列に接続した蓄電モジュールは、その一方のエンドプレートが高電位側となり、その他方のエンドプレートが低電位側となるため、複数の蓄電モジュールを直列あるいは並列に接続する際に、高電位側および低電位側のエンドプレートを確実に識別する必要がある。
しかしながら、上記従来のものは、蓄電モジュールの一対のエンドプレートが互換可能な同一部材で構成されているため、複数の蓄電モジュールを電気的に接続して蓄電装置を構成する際に、直列に接続すべき蓄電モジュールを並列に接続したり、並列に接続すべき蓄電モジュールを直列に接続したりする誤組みが発生する可能性がある。かかる誤組みを防止すべく、蓄電モジュールの一対のエンドプレートを、その締結孔の位置が異なる別形状の部材で構成することが考えられるが、そのようにすると形状の異なる2種類のエンドプレートを製造することが必要になってコストアップの要因となる問題がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、複数の蓄電モジュールを一対の連結プレート間に締結して蓄電装置を構成する際に、蓄電モジュールの高電位側および低電位側の誤組みを防止することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、複数の蓄電セルを積層方向に積層し、複数の前記蓄電セルの積層方向両端に一対のエンドプレートを重ね合わせて蓄電モジュールを構成し、前記複数の蓄電モジュールを一対の連結プレート間に配置し、前記一対の連結プレートに設けた基準締結孔に前記一対のエンドプレートにそれぞれ設けた締結孔を位置合わせして締結部材で締結する蓄電装置であって、前記一対のエンドプレートは、前記蓄電セルに対向する主プレートと、前記締結孔を備えて前記連結プレートに対向する副プレートとからなり、前記主プレートおよび前記副プレートは前記締結孔の位置が異なる少なくとも二つの位置関係で結合可能であることを特徴とする蓄電装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記一対のエンドプレートを接続するフレームを備え、前記主プレートは矩形状であって前記副プレートは直線状であり、前記副プレートは前記主プレートの対角線上に重ね合わされ、前記副プレート、前記主プレート、前記エンドプレートおよび前記フレームの締結部を共締めすることを特徴とする蓄電装置が提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、前記エンドプレートは複数の押圧点を備え、前記押圧点は前記副プレートを外れた前記主プレート上に設けられることを特徴とする蓄電装置が提案される。
また請求項4に記載された発明によれば、請求項3の構成に加えて、前記主プレートは、前記副プレートに形成した治具挿入孔に対応する位置に前記押圧点を備えることを特徴とする蓄電装置が提案される。
また請求項5に記載された発明によれば、請求項1〜請求項4の何れか1項の構成に加えて、2個の前記蓄電モジュールを電気的に並列に接続して蓄電モジュール対を構成し、複数の前記蓄電モジュール対を電気的に並列に接続したものを前記一対の連結プレート間に配置し、前記蓄電モジュール対を構成する2個の前記蓄電モジュールに対応する前記基準締結孔の間隔と、異なる2個の前記蓄電モジュール対の相互に隣接する2個の前記蓄電モジュールに対応する前記基準締結孔の間隔とを異ならせたことを特徴とする蓄電装置が提案される。
尚、実施の形態の上部フレーム15および下部フレーム16は本発明のフレームに対応し、実施の形態のボルト29は本発明の締結部材に対応する。
請求項1の構成によれば、複数の蓄電セルを積層方向に積層し、複数の蓄電セルの積層方向両端に一対のエンドプレートを重ね合わせて蓄電モジュールを構成する。複数の蓄電モジュールを一対の連結プレート間に配置し、一対の連結プレートに設けた基準締結孔に一対のエンドプレートにそれぞれ設けた締結孔を位置合わせして締結部材で締結することで蓄電装置を構成する。一対のエンドプレートは、蓄電セルに対向する主プレートと、締結孔を備えて連結プレートに対向する副プレートとからなり、主プレートおよび副プレートは締結孔の位置が異なる少なくとも二つの位置関係で結合可能であるので、高圧側のエンドプレートおよび低圧側のエンドプレートを相互に別形状となるように組み立てて連結プレートに対する誤組みを防止することができ、しかも形状が異なる高電位側のエンドプレートおよび低電位側のエンドプレートを別部材として製造する必要がないためにコストを削減することができる。
また請求項2の構成によれば、主プレートは矩形状であって副プレートは直線状であり、副プレートは主プレートの対角線上に重ね合わされ、副プレート、主プレートおよびエンドプレートを、一対のエンドプレートを接続するフレームの締結部を共締めするので、副プレートおよび主プレート締結する締結部材と、エンドプレートをフレームに締結する締結部材とを共用して部品点数を削減することができる。
また請求項3の構成によれば、エンドプレートは複数の押圧点を備えるので、一対のエンドプレートおよび複数の蓄電セルを積層方向に押圧して圧縮することで、エンドプレートおよびフレームを締結する作業が容易になる。しかも押圧点を副プレートを外れた主プレート上に設けたので、押圧力を副プレートを介さずに直接主プレートに作用させ、副プレートの損傷を防止しながら主プレートを効果的に押圧することができる。
また請求項4の構成によれば、主プレートは、副プレートに形成した治具挿入孔に対応する位置に押圧点を備えるので、副プレートに邪魔されずに主プレートの任意の位置に押圧点を設定することができる。
また請求項5の構成によれば、2個の蓄電モジュールを電気的に並列に接続して蓄電モジュール対を構成し、複数の蓄電モジュール対を電気的に並列に接続したものを一対の連結プレート間に配置する場合、一つの連結プレートに接続される全てのエンドプレートは主プレートおよび副プレートが全て同じ位置関係で結合されているため、蓄電モジュール対が連結プレートに対して1ピッチずれて誤組みされる可能性がある。しかしながら、連結プレートは、蓄電モジュール対を構成する2個の蓄電モジュールに対応する基準締結孔の間隔と、異なる2個の蓄電モジュール対の相互に隣接する2個の蓄電モジュールに対応する基準締結孔の間隔とが異なっているため、蓄電モジュール対が1ピッチずれて誤組みされるのが確実に防止される。
蓄電モジュールの斜視図。(第1の実施の形態) 蓄電モジュールの分解斜視図。(第1の実施の形態) 主プレートおよび副プレートとエンドプレートとの関係を示す図。(第1の実施の形態) 蓄電装置の分解斜視図。(第1の実施の形態) 図4の5方向矢視図。(第1の実施の形態) 図5の6部拡大図。(第1の実施の形態) 図6の7−7線断面図。(第2の実施の形態) 図5に対応する図。(第2の実施の形態)
第1の実施の形態
以下、図1〜図7に基づいて本発明の第1の実施の形態を説明する。
図1および図2に示すように、電気自動車やハイブリッド自動車の電源装置として使用される蓄電モジュールMは、積層方向に積層された所定個数(実施の形態では12個)の蓄電セル11…を備える。各蓄電セル11は直方体状に形成され、相互に対向する一対の主面11a,11aと、主面11a,11aに対して直交して相互に対向する一対の側面11b,11bと、主面11a,11aおよび側面11b,11bに対して直交して相互に対向する頂面11cおよび底面11dとを備えており、頂面11cには正負の電極11e,11eが設けられる。
尚、本明細書において、積層方向に直交して蓄電セル11の頂面11cおよび底面11dを結ぶ方向を上下方向と定義し、積層方向に直交して蓄電セル11の一対の側面11b,11bを結ぶ方向を左右方向と定義する。
12個の蓄電セル11…の主面11a…と、合成樹脂で構成された11個の四角い板状の中間蓄電セルホルダ12…とが積層方向に交互に重ね合わされ、積層方向両端の2個の蓄電セル11,11の積層方向外側に合成樹脂で構成された一対の四角い板状の端部蓄電セルホルダ12A,12Bが重ね合わされ、更にその積層方向外側に一対の金属製のエンドプレート14A,14Bが重ね合わされる。11個の中間蓄電セルホルダ12…は互換可能な同一形状の部材であり、一対の端部蓄電セルホルダ12A,12Bは中間蓄電セルホルダ12…とは形状が異なり、かつ相互に形状が異なる部材である。
蓄電セル11…、中間蓄電セルホルダ12…、端部蓄電セルホルダ12A,12Bおよびエンドプレート14A,14Bを積層方向に積層した状態で、L字状断面を有する一対の金属製の棒状部材よりなる上部フレーム15,15と、L字状断面を有する一対の金属製の棒状部材よりなる下部フレーム16,16とにより、一対のエンドプレート14A,14Bの四隅どうしを連結して蓄電モジュールMが組み立てられる。即ち、上部フレーム15,15の両端に設けられた厚肉の締結部15a…と、下部フレーム16,16の両端に設けられた厚肉の締結部16a…とがエンドプレート14A,14Bの四隅に突き当てられ、エンドプレート14A,14Bを貫通するボルト17…を締結部15a…,16a…に螺合することで、蓄電モジュールMが組み立てられる。
このとき、蓄電セル11…、中間蓄電セルホルダ12…および端部蓄電セルホルダ12A,12Bと上部フレーム15,15との間に、結露水によって蓄電セル11…と上部フレーム15,15とが液絡するのを防止するための合成樹脂製の上部インシュレータ18,18が配置される。同様に、蓄電セル11…、中間蓄電セルホルダ12…および端部蓄電セルホルダ12A,12Bと下部フレーム16,16との間に、結露水によって蓄電セル11…と下部フレーム16,16とが液絡するのを防止するための合成樹脂製の下部インシュレータ19,19が配置される。更に、下部フレーム16,16と下部インシュレータ19,19との間に、各蓄電セル11…の底面11d…を上向きに押し上げてガタの発生を防止するための板ばね20,20が配置される。
蓄電モジュールMの上面にはU字状に形成されたバスバープレート21が装着されており、バスバープレート21によって12個の蓄電セル11…の電極11e…が電気的に直列に接続される。従って、一対のエンドプレート14A,14Bのうち、一方のエンドプレート14Aは高電位側(+側)となり、他方のエンドプレート14Bは低電位側(−側)となる。複数の蓄電モジュールM…を直列あるいは並列に接続する場合、高電位側および低電位側を誤組みしないように、一方のエンドプレート14Aおよび他方のエンドプレート14Bは互換不能な別形状の部材とされる。但し、形状の異なる2種類のエンドプレート14A,14Bを製造するとコストアップの要因となるため、本実施の形態ではエンドプレート14A,14Bを主プレート22および副プレート23を結合して別形状の部材としている。
図3に示すように、主プレート22は概ね矩形状の板材であって、その四隅に突設したフレーム締結部22a…にそれぞれボルト孔22b…が形成される。一方、副プレート23は概ね直線状の板材であって、その両端のフレーム締結部23a,23aにそれぞれボルト孔23b,23bが突設される。副プレート23の中央部には治具挿入孔23cが形成され、治具挿入孔23cを挟む位置に形成された一対の締結孔23d,23dの裏面にウエルドナット24,24が溶着される。
主プレート22の二つの対角線のうちの一方の対角線に副プレート23を沿わせ、両者を溶接等により結合すると、一方のエンドプレート14Aとなる。また主プレート22の二つの対角線のうちの他方の対角線に副プレート23を沿わせ、両者を溶接等により結合すると、他方のエンドプレート14Bとなる。一方および他方のエンドプレート14A,14Bは、右手および左手のように相互に面対称な形状の異なる別部材であるため、一方のエンドプレート14Aを高電位側とし、他方のエンドプレート14Bを低電位側とすれば、蓄電モジュールMを直列あるいは並列に接続する際の誤組みを防止することができる。
主プレート22および副プレート23を結合して一方および他方のエンドプレート14A,14Bを組み立てた状態で、主プレート22には5個の押圧点がa,b…が設定される。中央の1個の押圧点は副プレート23の治具挿入孔23cの中心に設定され、周囲の4個の押圧点b…は副プレート23を外れた位置に設定される。
従って、蓄電モジュールMを組み立てるには、12個の蓄電セル11…および11個の中間蓄電セルホルダ12…を交互に積層し、その積層方向両端に一対の端部蓄電セルホルダ12A,12Bを重ね合わせ、その積層方向両端に一対のエンドプレート14A,14Bを重ね合わせた状態で、図6および図7に示すように、各5本の押圧ピン25…を備えた一対の治具で一対のエンドプレート14A,14Bの主プレート22,22の各5個の押圧点a,b…を相互に接近する方向に押圧し、蓄電セル11…、端部蓄電セルホルダ12A,12Bおよび中間蓄電セルホルダ12…を圧縮する。この状態で、各4本のボルト17…を上部フレーム15,15の締結部15a,15aおよび下部フレーム16,16の締結部16a,16aに螺合することで、蓄電モジュールMが組み立てられる。
このとき、前記4本のボルト17…のうち、2本のボルト17,17は主プレート22のボルト孔22b,22bだけを貫通するが、他の2本のボルト17,17は副プレート23のボルト孔23b,23bおよび主プレート22のボルト孔22b,22bの両方を貫通するため、前記他の2本のボルト17,17で主プレート22および副プレート23を共締めしてエンドプレート14A,14Bの強度を高めることができる。また中央の押圧点aを副プレート23に形成した治具挿入孔23cを貫通する押圧ピン25で押圧するので、主プレート22と副プレート23との間に隙間が存在しても、副プレート23を損傷させることなく主プレート22の押圧点aを効率的に押圧することができ、かつ5個のの押圧点a,b…をバランス良く配置して押圧力を均等に作用させることができる。
図4および図5に示すように、6個の蓄電モジュールM…は直列に接続されて蓄電装置Pを構成する。蓄電装置Pは一対の連結プレート26,26と、アッパープレート27と、ロアプレート28とを備えており、一対の連結プレート26,26間に6個の蓄電モジュールM…が90°横倒しにした状態で並置される。そして、連結プレート26,26の基準締結孔26…および副プレート23…の締結孔23d…を貫通するボルト29…を副プレート23…の裏面のウエルドナット24…に螺合することで、一対の連結プレート26,26に6個の蓄電モジュールM…のエンドプレート14A…,14B…を締結する。そして一対の連結プレート26,26にアッパープレート27およびロアプレート28を締結することで蓄電装置Pが組み立てられる。
このとき、6個の蓄電モジュールM…は電気的に直列に接続されるため、一方の連結プレート26には、一方のエンドプレート14A…および他方のエンドプレート14B…が交互に対向することになる(図5参照)。蓄電モジュールMを横倒しの車載状態にしたとき、一方の(高電位側個)のエンドプレート14Aの2個の締結孔23d,23dは左上がりの斜め姿勢に配置され、他方の(低電位側個)のエンドプレート14Bの2個の締結孔23d,23dは右上がりの斜め姿勢に配置され、それに対応する連結プレート26,26の基準締結孔26a…も左上がりあるいは右上がりの斜め姿勢に配置されるため、蓄電モジュールMの高電位側個および低電位側が逆になっていると、その蓄電モジュールMを連結プレート26,26に取り付けることが不能になって誤組みが確実に防止される。
以上のように、本実施の形態によれば、形状の異なる一方および他方のエンドプレート14A,14Bを、単純な形状の共通部品である主プレート22および副プレート23を結合して構成することができるので、部品の種類を最小限に抑えてコストダウンに寄与することができる。
第2の実施の形態
次に、図8に基づいて本発明の第2の実施の形態を説明する。
第1の実施の形態の蓄電装置Pは、複数の蓄電モジュールM…を電気的に直列に接続したものであるが、第2の実施の形態の蓄電装置Pは、一対の蓄電モジュールM,Mを電気的に並列に接続したものを一体化して蓄電モジュール対M′を構成し、複数対(実施の形態では3対)の蓄電モジュール対M′…を電気的に並列に接続したものである。
この場合、全ての蓄電モジュールM…は高電位側および低電位側がそれぞれ同じ方向を向き、一方の連結プレート26には例えば一方のエンドプレート14A…だけが対向することになる。連結プレート26,26には、予め蓄電モジュールM…の向きに応じて基準締結孔26a…が形成されているため、蓄電モジュールMを1個ずつ連結プレート26,26に組付ける場合には誤組みの虞はないが、上述したように、一対の蓄電モジュールM,Mを一体化した蓄電モジュール対M′を連結プレート26,26に組付ける場合には、蓄電モジュール対M′を1ピッチずれた状態で誤組みする可能性がある。
しかしながら、本実施の形態によれば、連結プレート26,26の基準締結孔26a…の配列ピッチを工夫することで、上記誤組みを防止するようになっている。即ち、一つの蓄電モジュール対M′内の隣接する基準締結孔26a…の配列ピッチpに対して、隣接する二つの蓄電モジュール対M′,M′の隣接する基準締結孔26a…の配列ピッチp′を、p′>pとなるように設定しているため、蓄電モジュール対M′を1ピッチずれた状態で誤組みすることが確実に防止される。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態の蓄電セル11はリチウムイオンバッテリに限定されず、他種のバッテリやキャパシタであっても良い。
また蓄電モジュールM…の電気的接続の仕方は任意であり、直列および並列を組み合わせた接続も可能である。
また実施の形態では主プレート22と副プレート23とを二つのパターンの位置関係で 結合しているが、それ以上のパターンの位置関係で結合しても良い。例えば、複数の異なる車種において取付けができるように、複数の結合パターンを用意することも可能である。
11 蓄電セル
14A エンドプレート
14B エンドプレート
15 上部フレーム(フレーム)
15a 締結部
16 下部フレーム(フレーム)
16a 締結部
22 主プレート
23 副プレート
23c 治具挿入孔
23d 締結孔
26 連結プレート
26a 基準締結孔
29 ボルト(締結部材)
M 蓄電モジュール
M′ 蓄電モジュール対
a 押圧点
b 押圧点
p 基準締結孔の間隔
p′ 基準締結孔の間隔

Claims (5)

  1. 複数の蓄電セル(11)を積層方向に積層し、前記複数の蓄電セル(11)の積層方向両端に一対のエンドプレート(14A,14B)を重ね合わせて蓄電モジュール(M)を構成し、複数の前記蓄電モジュール(M)を一対の連結プレート(26)間に配置し、前記一対の連結プレート(26)に設けた基準締結孔(26a)に前記一対のエンドプレート(14A,14B)にそれぞれ設けた締結孔(23d)を位置合わせして締結部材(29)で締結する蓄電装置であって、
    前記一対のエンドプレート(14A,14B)は、前記蓄電セル(11)に対向する主プレート(22)と、前記締結孔(23d)を備えて前記連結プレート(26)に対向する副プレート(23)とからなり、前記主プレート(22)および前記副プレート(23)は前記締結孔(23d)の位置が異なる少なくとも二つの位置関係で結合可能であることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記一対のエンドプレート(14A,14B)を接続するフレーム(15,16)を備え、前記主プレート(22)は矩形状であって前記副プレート(23)は直線状であり、前記副プレート(23)は前記主プレート(22)の対角線上に重ね合わされ、前記副プレート(23)、前記主プレート(22)、前記エンドプレート(14A,14B)および前記フレーム(15,16)の締結部(15a,16a)を共締めすることを特徴とする、請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記エンドプレート(14A,14B)は複数の押圧点(a,b)を備え、前記押圧点(b)は前記副プレート(23)を外れた前記主プレート(22)上に設けられることを特徴とする、請求項2に記載の蓄電装置。
  4. 前記主プレート(22)は、前記副プレート(23)に形成した治具挿入孔(23c)に対応する位置に前記押圧点(a)を備えることを特徴とする、請求項3に記載の蓄電装置。
  5. 2個の前記蓄電モジュール(M)を電気的に並列に接続して蓄電モジュール対(M′)を構成し、複数の前記蓄電モジュール対(M′)を電気的に並列に接続したものを前記一対の連結プレート(26)間に配置し、前記蓄電モジュール対(M′)を構成する2個の前記蓄電モジュール(M)に対応する前記基準締結孔(26a)の間隔(p)と、異なる2個の前記蓄電モジュール対(M′)の相互に隣接する2個の前記蓄電モジュール(M)に対応する前記基準締結孔(26a)の間隔(p′)とを異ならせたことを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の蓄電装置。
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