JP2014186806A

JP2014186806A - 電池装置

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Publication number: JP2014186806A
Application number: JP2013059318A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takeda; 慎一竹田; Hitoshi Kasuya; 仁粕谷; Nobuaki Kameda; 宜暁亀田; Kosuke Kusaba; 幸助草場; Masanori Kodera; 将徳小寺; Yukihiro Isogai; 幸宏磯谷; Kazuhiro Noro; 和弘野呂; Nobuyoshi Fujiwara; 伸得藤原
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd; Kyoho Machine Works Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd; Kyoho Machine Works Ltd
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN104064702A; US20140287288A1; JP6151940B2; US9543554B2; CN104064702B

Abstract

【課題】電池装置１０は、電池ホルダ２０により複数の電池Ｂｔを所定の位置に簡単な構成で確実に保持する。
【解決手段】電池ホルダ２０は、保持基板４１から電池Ｂｔの軸方向に突設され電池Ｂｔの間のスペースに位置する規制部材４２を備えている。規制部材４２は、軸方向に対して傾斜したテーパー面４３であって、スペースに挿入されたときに電池Ｂｔの端面の外周部に線接触で当たることにより、電池Ｂｔを電池Ｂｔの径方向へ移動させる力を加えるテーパー面４３と、テーパー面４３が当たらない電池Ｂｔの側面を面接触で支持する支持面４４とを備えている。支持面４４は、テーパー面４３による径方向へ移動させる力を受け、その反力で電池Ｂｔの側面を支持するように構成されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、電池装置に関する。

従来、複数の電池を保持する電池ホルダを有する電池装置として、電池の間にポッティング樹脂を充填してモジュール化した構成が知られている（特許文献１）。また、他の従来の技術として、枠体に弾性材料からなる弾性変形部を装着し、弾性変形部により電池の端部を保持する構成が知られている（特許文献２）。

特開２０１２−２８２４４号公報特開２０１０−９７９８号公報

しかし、特許文献１の技術にかかる電池ホルダでは、電池間に樹脂を充填する作業が面倒であり、生産性が低いという課題がある。また、特許文献２の技術にかかる電池ホルダでは、電池の寸法のバラツキや、弾性変形部の寸法が電池を介して他の弾性変形部に影響する。このため、一部の電池に大きな力が加わって変形を生じたり、一部の電池を保持する力が十分に得られない場合が生じる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、複数の電池を保持している電池装置が提供される。電池装置は、複数の電池の端面と平行に配置された保持基板と、該保持基板から上記電池の軸方向に突設され上記電池の間のスペースに位置する複数の規制部材とを備え、上記複数の規制部材は、上記軸方向に対して傾斜したテーパー面であって、上記スペースに位置したときに該電池の端面の外周部に線接触で当たることにより、上記電池を該電池の径方向へ移動させる力を加えるテーパー面と、上記テーパー面が当たらない上記電池の側面を面接触で支持する支持面と、を備え、上記支持面は、上記テーパー面による上記径方向へ移動させる力を受け、その反力で上記電池の側面を支持するように構成されている。
規制部材は、電池の間のスペースに軸方向へ挿入されたときに、テーパー面で電池の端部から反力を受け、この力で支持面により電池の側面を面接触で押圧支持する。各々の支持面は、面接触で形成されているから、該支持面を基準面として電池を軸方向に位置決めすることができる。
各々の電池の間隔は、規制部材により一定に規定されるから、冷却媒体を流せる通路も一定の間隔とすることができる。よって、冷却媒体は、電池の間でムラなく流れ、効率よく冷却する。電池の温度のバラツキを低減し、複数の電池の温度を均一化するから、一部の電池の寿命を短くすることを防止でき、電池全体の長寿命化を図ることができる。

（２）上記形態において、上記支持面は、上記電池に当たる面に弾性部材を備え、該弾性部材は、上記電池に押圧されたときに上記テーパー面より変位の大きい部材から形成されている電池装置である。

（３）上記形態において、上記電池の側面は、円筒であり、上記テーパー面は、上記電池の端面の外周部の一部に当たる湾曲面であり、上記支持面は、上記電池の側面の一部に当たる湾曲面である、電池装置である。

（４）上記形態において、記複数の電池は、互いに最も近い３個の電池の端面の中心を結んだ形状が正三角形となるように配置されており、上記規制部材は、上記正三角形の中心に位置するように構成されている電池装置である。

（５）上記形態において、上記電池の一端面と反対側の該電池の他端面を支持する支持部材を備え、該支持部材は、弾性を有する部材から形成されている電池装置である。

（６）上記形態において、上記規制部材は、上記電池の一端面と反対側の該電池の他端面にそれぞれ配置され、上記両端面にそれぞれ配置された規制部材のテーパー面および支持面は、上記軸方向で同じ側に配置されている電池装置である。

（７）上記形態において、上記他端側の規制部材のテーパー面は、上記電池に押圧されたときに上記他端側の規制部材の支持面より変位の大きい部材から形成されている電池装置である。

（８）上記形態において、上記規制部材から軸方向へ所定距離隔てて配置され、上記電池の側面に当たって支持する中間支持板を有する電池装置である。

（９）上記形態において、上記中間支持板は、上記電池を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔の内壁で上記電池の側面に当たるように形成されている電池装置である。

本発明の第１実施例にかかる電池ホルダにより複数の電池を保持した電池装置を示す斜視図である。電池装置の平面図である。電池装置を分解して示す斜視図である。図２の４−４線に沿った断面図である。保持部材を筐体に組み付ける前の状態を示す断面図である。電池ホルダにより電池を保持する作業を説明する説明図である。図６の図７−７線に沿った断面図である。図６に続く作業を説明する説明図である。図８の９−９線に沿った断面図である。本発明の電池ホルダにより電池が保持されている状態を説明する説明図である。第２実施例にかかる電池ホルダを説明する説明図である。規制部材および規制部材を上方から見た図である。本発明の第３実施例にかかる電池ホルダを示す断面図である。

Ａ．第１実施例
（１）電池装置の構成
図１は本発明の第１実施例にかかる電池ホルダ２０により複数の電池Ｂｔを保持した電池装置１０を示す斜視図、図２は電池装置１０の平面図である。電池装置１０は、電池ホルダ２０により、複数の電池Ｂｔを保持する機構である。電池は、円筒形の汎用の電池であり、例えば、自動車用電源用として使用されているリチウムイオン電池を適用することができる。電池Ｂｔは、円筒形状の電池ケースＢｔｃを備えている。電池ケースＢｔｃの端面には、正極端子および負極端子がそれぞれ形成されている。
図１には、相互に直交するＸＹＺ軸が図示されている。Ｘ軸方向は、電池の列方向とも呼ぶ。Ｙ軸方向は、列方向と直交する方向であり、電池の行方向とも呼ぶ。Ｚ軸方向は、電池の側面と平行な方向であり、これを電池の軸方向とも呼ぶ。

図３は電池装置１０を分解して示す斜視図である。電池ホルダ２０は、箱形の筐体３０と、筐体３０の上部開口を塞ぐ保持部材４０とを備え、筐体３０と保持部材４０とにより、複数の電池Ｂｔを収容する収容空間ＳＰを形成している。筐体３０は、底板３２と、側壁３５とを備える。底板３２には、電池Ｂｔの下部を支持する構成が形成されている。

図４は図２の４−４線に沿った断面図である。底板３２は、電池Ｂｔの下部を支持する支持凹所３２ａを備える。支持凹所３２ａの底面には、支持部材３３が配置されている。支持部材３３は、電池Ｂｔの高さ方向のバラツキを吸収して、電池Ｂｔを軸方向に保持するための部材である。

図５は保持部材４０を筐体３０に組み付ける前の状態を示す断面図である。保持部材４０は、底板３２と平行な面に配置された保持基板４１と、該保持基板４１から電池Ｂｔの軸方向に突設された規制部材４２および外側用の規制部材４２Ａとを備えている。保持部材４０を形成する材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などの硬質の樹脂材料や、金属の基材に絶縁性の樹脂を被覆した材料を用いることができる。

図３および図５に示すように、規制部材４２は、保持基板４１の軸方向であって電池Ｂｔの間に挿入される突部である。規制部材４２は、１つのテーパー面４３と、２つの支持面４４とにより囲まれた形状である。テーパー面４３は、規制部材４２の先端に向かうにつれて、電池Ｂｔの中心軸ＣＬから離れる方向に傾斜した湾曲した斜面であり、電池Ｂｔの端部Ｂｔｅに線接触で当たるように形成されている。支持面４４は、電池Ｂｔの側面であって、電池Ｂｔのテーパー面４３が当たらない電池Ｂｔの側面を面接触で支持する湾曲面で形成されている。また、規制部材４２Ａは、側壁３５の内側に隣接して配置されて、電池の側面の外周側を支持する突部であり、テーパー面または支持面４４Ｃを１つまたは２つ備えている（図２参照）。

図２に示すように、規制部材４２および規制部材４２Ａは、電池Ｂｔの側面を１つのテーパー面４３と、２つの支持面４４とにより電池を支持するように配置されており、すなわち、実線の円弧で示す箇所にテーパー面４３が配置され、破線の円弧で示す箇所に支持面４４が配置されている。

（２）保持部材４０による電池Ｂｔの組付作業
次に、保持部材４０による電池Ｂｔの組付作業について説明する。図６ないし図８は電池Ｂｔの保持作業を説明する説明図である。図６は複数の電池のうち正三角形に配置された３つの電池を示し、正三角形の中心に規制部材４２が配置されている。図７は図６の図７−７線に沿った断面図である。ここで、図６に示す３つの電池Ｂｔを、電池Ｂｔ（１）、Ｂｔ（２）、Ｂｔ（３）で表わし、他の部材の添え文字は、電池Ｂｔの添え文字に対応して表わす。

図７に示すように、複数の電池Ｂｔを筐体３０の複数の支持凹所３２ａにそれぞれセットする。続いて、図６および図７に示すように、保持部材４０の規制部材４２を３つの電池Ｂｔの正三角形の中心付近に位置合わせして、保持部材４０を電池Ｂｔに近づく軸方向Ｚへ移動することにより、規制部材４２を電池Ｂｔの間のスペースに挿入する。図７に示すように、規制部材４２のテーパー面４３（１）が電池Ｂｔ（１）の端部Ｂｔｅに当たると、電池Ｂｔ（１）と規制部材４２との間の押圧力および反力により、電池Ｂｔ（１）が僅かに傾く。

さらに、図８および図９に示すように、保持部材４０を軸方向Ｚへ移動すると、規制部材４２のテーパー面４３（１）により、電池Ｂｔ（１）が軸方向に対して直角方向へ移動する。そして、弾性部材４５（１）を介して電池Ｂｔ（１）は、規制部材４２の支持面４４（１）によって移動が規制される。このとき、弾性部材４５（１）が電池Ｂｔ（１）の円筒面と支持面４４（１）とのバラツキを吸収する。この状態にて、規制部材４２は、電池Ｂｔを位置決めする。また、支持部材３３が電池Ｂｔの軸方向のバラツキを吸収する。これにより、図１０に示すように、テーパー面４３が電池Ｂｔを移動させて、支持面４４が電池Ｂｔの移動を規制することにより、複数の電池Ｂｔは、保持部材４０により位置決めされて電池ホルダ２０に保持される。ここで、電池Ｂｔの内周側に示す実線は、電池Ｂｔがテーパー面４３により押圧されている箇所を示し、破線は電池Ｂｔが弾性部材４５を介して支持面４４により支持されている箇所を示す。

（３）実施例の作用・効果
本実施例により以下の作用効果を奏する。
（３）−１図８および図９に示すように、規制部材４２は、電池Ｂｔの間のスペースに軸方向へ挿入されたときに、テーパー面４３で電池Ｂｔの端部Ｂｔｅから反力を受け、この力で支持面４４により電池Ｂｔの側面を面接触で押圧支持する。各々の支持面４４は、互いに軸方向に平行に形成され、しかもその間隔も一定に形成されているから、該支持面４４を基準面として電池Ｂｔを位置決めする。

（３）−２図９に示すように、規制部材４２の支持面４４に取り付けられた弾性部材４５は、電池Ｂｔの側面に当たったときに弾性変形するから、電池Ｂｔの外径に寸法のバラツキがあっても、そのバラツキを吸収する。よって、各々の電池Ｂｔの間隔を、規制部材４２で定められている所定の間隔に規定することができる。また、弾性部材４５は、電池ホルダ２０の組付作業時に、電池Ｂｔの側面に当たったときに、電池Ｂｔの側面を損傷するのを防止することができる。

（３）−３各々の電池Ｂｔの間隔は、規制部材４２により一定に規定されるから、冷却媒体（空気）を流せる通路も一定の間隔とすることができる。よって、冷却媒体は、電池Ｂｔの間でムラなく流れ、効率よく冷却する。電池の温度のバラツキを低減し、複数の電池の温度を均一化するから、一部の電池の寿命を短くすることを防止でき、電池全体の長寿命化を図ることができる。

（３）−４テーパー面４３は、ＰＰＳなどの比較的、硬い樹脂材料を用いているから、電池Ｂｔの端部Ｂｔｅから受けた力を支持面４４に減ずることなく伝えることができ、支持面４４で電池Ｂｔの側面を確実に支持することができる。また、テーパー面４３は、ＰＰＳ形成されているから、ゴムより経年変化による劣化に伴う電池の位置ズレを低減することができる。

（３）−５図７に示すように、弾性部材４５は、規制部材４２の挿入作業の初期の段階に、電池Ｂｔの側面に当たらないで、図９に示すように、挿入作業の最終段階で、電池Ｂｔの側面に当たる。よって、弾性部材４５は、摩擦係数が大きいゴム材料で形成されていても、挿入作業時に、電池Ｂｔの側面と擦れる距離が短い。よって、規制部材４２の挿入するときの力を低減できる。

（３）−６図４に示すように筐体３０の支持凹所３２ａに装着した支持部材３３は、ゴムなどの弾性材料で形成されているから、電池Ｂｔの高さ方向のバラツキを吸収して、電池Ｂｔを軸方向へ確実に位置決めすることができる。

Ｂ．第２実施例
図１１は第２実施例にかかる電池ホルダ２０Ｂを説明する説明図である。本実施例は、電池Ｂｔの他端面の外周部を支持する規制部材１４２を設けた構成に特徴を有する。図１２は規制部材４２Ｂおよび規制部材１４２を上方から見た図であり、図１２（Ａ）が上部の規制部材４２Ｂを示し、図１２（Ｂ）が下部の規制部材１４２を示す。規制部材１４２は、底板３２Ｂの支持凹所３２Ｂａに設けられており、テーパー面１４３と、２箇所の支持面１４４とを備えている。テーパー面１４３を有する部材は、ゴムなどの弾性材料で形成されている。テーパー面１４３［図１２（Ｂ）］は、上方のテーパー面４３Ｂ［図１２（Ａ）］と同じ側に配置されている。図１１に示す支持面１４４を形成する部材は、硬質の樹脂（たとえば、ＰＰＳ）製の底板３２Ｂの上面から２箇所立設され、さらに支持面１４４の内壁に弾性部材１４５を装着している。図１２に示すように、２箇所の支持面１４４，１４４は、上方の支持面４４Ｂ，４４Ｂと同じ側にそれぞれ配置されている。

図１１に示すように、規制部材４２Ｂが電池Ｂｔの間のスペースに挿入されて、テーパー面４３Ｂが電池Ｂｔの端部Ｂｔｅを押すと、電池Ｂｔが径方向へ移動する。そして、電池Ｂｔの移動により、図１２（Ａ）に示すように、電池Ｂｔの上側の側面が支持面４４Ｂを押して、その反力にて電池Ｂｔが支持面４４Ｂにより面接触にて位置決めされる。

図１１に示すように、電池Ｂｔの下部は、テーパー面１４３により押されて径方向への力を受ける。これにより、図１２（Ｂ）に示すように、電池Ｂｔの下部の側面も支持面１４４に押しつけられて、支持面１４４により面接触で位置決めされる。したがって、電池Ｂｔの上部の側面は、テーパー面４３Ｂにより線接触で位置決めされるとともに、２箇所の支持面４４Ｂにより面接触で位置決めされる。また、電池Ｂｔの下部の側面は、テーパー面１４３により線接触で位置決めされるとともに、支持面４４Ｂと同じ側に配置された２箇所の支持面１４４により面接触で位置決めされる。したがって、電池Ｂｔは、該電池Ｂｔの上下の側面で確実に位置決めされる。

Ｃ．第３実施例
図１３は本発明の第３実施例にかかる電池ホルダ２０Ｃを示す断面図である。本実施例は、電池Ｂｔをその中央部でも支持される構成に特徴を有する。規制部材４２Ｃと底板３２Ｃとの間には、中間支持板１７０が配置されている。中間支持板１７０には、電池Ｂｔを貫通するための貫通孔１７２が形成されている。貫通孔１７２は、電池Ｂｔの側面との間にギャップＧｐを有している。また、電池Ｂｔの下部は、底板３２Ｃの支持凹所３２Ｃａで保持されている。支持凹所３２Ｃａには、バスバー１８０が装着されている。バスバー１８０は、電池の軸方向の上方へ付勢するスプリングで形成されている。バスバー１８０は、電池の負極端子に電気的に接触する。

電池Ｂｔは、規制部材４２Ｃの挿入作業時などにおいて傾く力を受けたときに、電池Ｂｔの側面が貫通孔１７２の内壁１７２ａに当たって、電池の傾きが規制される。よって、電池Ｂｔは、テーパー面４３Ｃ、支持面４４Ｃにより該電池Ｂｔの上部で支持されるとともに、電池Ｂｔの中央部で貫通孔１７２の内壁１７２ａで支持され、電池の下部で支持凹所３２Ｃａにより支持される。
また、中間支持板１７０は、規制部材４２Ｃで電池Ｂｔを支持する前に、つまり、電池Ｂｔが底板３２Ｃに載置されている状態にて、電池の姿勢を所定の位置に保持することができ、電池の保持作業が容易になる。
さらに、負極端子用のバスバー１８０は、スプリングで形成されているので、電池の軸方向の力を吸収し、電池の軸方向の寸法のバラツキを吸収することができる。

Ｄ．他の実施例
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。

（１）上記実施例では、図４に示すように、弾性部材４５は、ゴムなどの弾性材料を用いているが、これに限らず、支持面４４に金属製の板ばねを装着してもよい。

（２）上記実施例では、電池の側面を支持する構成として、テーパー面４３が１箇所の場合について説明したが、これに限らず、テーパー面が２箇所、支持面が１箇所であってもよく、また、電池の支持のために好適な力を得ることができれば、それ以外の数および組み合わせであってもよい。

（３）上記実施例では、電池は、円柱状タイプについて説明したが、これに限らず、角形やボタン電池など、その作用効果を損なわない限り適用することができる。

（４）上記実施例では、複数の電池を正三角形に配置した構成について説明したが、これに限らず、複数の電池は、格子状に配置したり、省スペース化のために電池のスペースを最小にするように配置するなど、各種の配置をとることができる。

１０…電池装置
２０…電池ホルダ
２０Ｂ…電池ホルダ
２０Ｃ…電池ホルダ
３０…筐体
３２…底板
３２Ｂ…底板
３２Ｃ…底板
３２ａ…支持凹所
３２Ｂａ…支持凹所
３２Ｃａ…支持凹所
３３…支持部材
３５…側壁
４０…保持部材
４１…保持基板
４２…規制部材
４２Ａ…規制部材
４２Ｂ…規制部材
４２Ｃ…規制部材
４３…テーパー面
４３Ｂ…テーパー面
４３Ｃ…テーパー面
４４…支持面
４４Ｂ…支持面
４４Ｃ…支持面
４５…弾性部材
１４２…規制部材
１４３…テーパー面
１４４…支持面
１４５…弾性部材
１７０…中間支持板
１７２…貫通孔
１７２ａ…内壁
１８０…バスバー
ＳＰ…収容空間
Ｇｐ…ギャップ
Ｂｔ…電池
Ｂｔｃ…電池ケース
Ｂｔｅ…端部

Claims

複数の電池（Ｂｔ）を保持している電池装置において、
複数の電池の端面と平行に配置された保持基板（４１）と、該保持基板（４１）から上記電池（Ｂｔ）の軸方向に突設され上記電池（Ｂｔ）の間のスペースに位置する複数の規制部材（４２，４２Ａ）とを備え、
上記複数の規制部材（４２）は、上記軸方向に対して傾斜したテーパー面（４３）であって、上記スペースに位置したときに該電池（Ｂｔ）の端面の外周部に線接触で当たることにより、上記電池（Ｂｔ）を該電池（Ｂｔ）の径方向へ移動させる力を加えるテーパー面（４３）と、
上記テーパー面（４３）が当たらない上記電池（Ｂｔ）の側面を面接触で支持する支持面（４４）と、
を備え、
上記支持面（４４）は、上記テーパー面（４３）による上記径方向へ移動させる力を受け、その反力で上記電池（Ｂｔ）の側面を支持するように構成されている、電池装置。
請求項１に記載の電池装置において、
上記支持面（４４）は、上記電池（Ｂｔ）に当たる面に弾性部材（４５）を備え、該弾性部材（４５）は、上記電池（Ｂｔ）に押圧されたときに上記テーパー面（４３）より変位の大きい部材から形成されている電池装置。
請求項１または請求項２に記載の電池装置において、
上記電池の側面は、円筒であり、
上記テーパー面（４３）は、上記電池の端面の外周部の一部に当たる湾曲面であり、
上記支持面（４４）は、上記電池の側面の一部に当たる湾曲面である、電池装置。
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電池装置において、
上記複数の電池（Ｂｔ）は、互いに最も近い３個の電池の端面の中心を結んだ形状が正三角形となるように配置されており、上記規制部材（４２）は、上記正三角形の中心に位置するように構成されている電池装置。
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電池装置において、
上記電池（Ｂｔ）の一端面と反対側の該電池の他端面を支持する支持部材（３３）を備え、該支持部材（３３）は、弾性を有する部材から形成されている電池装置。
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電池装置において、
上記規制部材（４２，１４２）は、上記電池（Ｂｔ）の一端面と反対側の該電池（Ｂｔ）の他端面にそれぞれ配置され、
上記両端面にそれぞれ配置された規制部材（４２，１４２）のテーパー面（４３，１４３）および支持面（４４，１４４）は、上記軸方向で同じ側に配置されている電池装置。
請求項６に記載の電池装置において、
上記他端側の規制部材（１４２）のテーパー面（１４３）は、上記電池に押圧されたときに上記他端側の規制部材の支持面（１４４）より変位の大きい部材から形成されている電池装置。
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電池装置において、
上記規制部材（４２）から軸方向へ所定距離隔てて配置され、上記電池（Ｂｔ）の側面に当たって支持する中間支持板（１７０）を有する電池装置。
請求項８に記載の電池装置において、
上記中間支持板（１７０）は、上記電池（Ｂｔ）を貫通させる貫通孔（１７２）を有し、該貫通孔（１７２）の内壁（１７２ａ）で上記電池（Ｂｔ）の側面に当たるように形成されている電池装置。