JP2014216189A - 組電池、および、組電池製造方法 - Google Patents

組電池、および、組電池製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】組立が簡単で外装体と蓄電素子の間にがたつきのない組電池の提供。
【解決手段】複数の蓄電素子101と、蓄電素子101を収容する、底壁129と側壁128とを有する外装体102と、側壁128の内方の壁面に設けられるガイド部材103と、複数の蓄電素子101を挟み込んで一体に拘束し、ガイド部材103と嵌合する溝部143を有する拘束部材141と、拘束部材141を架橋状に接続し複数の蓄電素子101を拘束する架橋部材142とを備える組電池100。
【選択図】図2

Description

本願発明は、外装体内に複数の蓄電素子が収容された組電池に関し、特に、拘束されて一体となった複数の蓄電素子が外装体内に収容される組電池に関する。
従来、複数の蓄電素子(単電池)で構成される組電池が知られている。組電池は、例えば複数の蓄電素子をバスバー(配線板)により直列接続し、高い電圧を発生させることができるものである。特許文献1には、バスバーにより蓄電素子が電気的に接続される組電池が開示されている。
具体的には、溝と当該溝に嵌合する突起とを備えたキャップを蓄電素子のそれぞれにかぶせ、一の蓄電素子のキャップの突起を隣接する他の蓄電素子のキャップの溝に嵌合させることにより、蓄電素子間の位置ずれを防止している。また、溝と突起とが嵌合して組み付けられた蓄電素子を収容する外装体の内壁面にも対応する溝と突起とが設けられており、蓄電素子にかぶせられたキャップの溝や突起と外装体の溝や突起とを嵌合させることで、外装体と蓄電素子との位置ずれも防止している。
特開2011−134554号公報
ところが、特許文献1に記載の組電池は、隣接する蓄電素子の突起と溝とを嵌合させなければならず、組み合わされる蓄電素子の数だけ突起と溝との隙間(あそび)が積算されることとなり、組み付けられた蓄電素子全体としてはがたがたの状態となる。また、このような組み付けられた蓄電素子を外装体の溝や突起と嵌合させたとしても、外装体に対する各蓄電素子の位置関係は定まらないと考えられる。
本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、複数の蓄電素子とこれら蓄電素子を収容する外装体との位置関係を安定させることができ、かつ、簡単に組み立てることができる組電池、および、組電池製造方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本願発明にかかる組電池は、複数の蓄電素子と、複数の前記蓄電素子を収容する、底壁と側壁とを有する外装体と、前記側壁の内方の壁面に設けられるガイド部材と、複数の前記蓄電素子を挟み込んで一体に拘束し、前記ガイド部材と嵌合する溝部を有する拘束部材と、前記拘束部材を架橋状に接続し複数の前記蓄電素子を拘束する架橋部材とを備えることを特徴とする。
これによれば、拘束部材、および、架橋部材により一体となされた複数の蓄電素子(以下、「蓄電素子組立体」と記す場合がある)が、外装体に設けられたガイド部材と拘束部材に設けられた溝部とが嵌合した状態で外装体内に収容される。従って、外装体に対する各蓄電素子の水平方向(外装体の側壁に直交する方向)の位置関係が安定する。従って、外部からの振動や衝撃に対して高い安定性を確保することが可能となる。
前記ガイド部材は、前記底壁と略直交する方向に延び、前記拘束部材は、被固定部を有し、前記ガイド部材は、前記底壁側の端部において前記溝部と篏合し、前記底壁側とは反対側の端部において前記被固定部に固定されてもよい。
これによれば、蓄電素子組立体を底壁側の端部とは反対側の端部においても外装体に固定することで、各蓄電素子の水平方向の位置関係がいっそう安定する。
組電池はさらに、固定部材を備え、前記ガイド部材は、前記底壁側とは反対側の端面に固定用穴を有し、前記固定部材の少なくとも先端が、前記被固定部を貫通し前記固定用穴に挿入されてもよい。
これによれば、外装体に対する各蓄電素子の鉛直方向(水平方向に直交する方向)の位置関係が安定する。また、ガイド部材の、底壁側とは反対側の端面に固定用穴を設けたことで、蓄電素子組立体を外装体に挿入した後、外装体の開口から固定部材の先端を被固定部および固定用穴に挿入することができる。したがって、組電池の組立工程が簡素化される。蓄電素子組立体を外装体の底壁側で外装体に固定する場合、蓄電素子組立体を外装体に挿入した後、蓄電素子組立体の挿入方向とは反対向きの方向に向かって固定部材を外装体の底壁に貫通させる必要がある。或いは、蓄電素子組立体を外装体に挿入した後、外装体を上下逆にして、固定部材を外装体の底壁に貫通させる必要がある。したがって、蓄電素子組立体を外装体の底壁側で外装体に固定する場合、組電池の組立工程が煩雑である。ガイド部材の、底壁側とは反対側の端面に固定用穴を設けることにより、蓄電素子組立体の挿入方向と固定部材の挿入方向とが同じになる。したがって、組電池の組立工程が簡素化される。
また、前記ガイド部材は、下方に向かうに従い幅が徐々に広くなるテーパ形状となっていてもよい。
これによれば、蓄電素子組立体を外装体に容易に挿入することができ、外装体に対する蓄電素子組立体の位置合わせを容易に行うことができる。また、蓄電素子組立体を外装体に収容させた状態においては、ガイド部材の下部と溝部とが隙間無く、または、僅かな隙間で嵌合するため、正確に位置合わせを行うことができ、また、蓄電素子組立体が外装体に対し水平方向に安定して配置される。従って、特に水平方向の振動や衝撃に対して高い安定性を有する組電池とすることができる。
また、前記拘束部材は、前記蓄電素子と反対側に突出する下フランジを前記底壁側に、前記蓄電素子と反対側に突出する上フランジを前記底壁側とは反対側に備え、前記下フランジに前記溝部が設けられ、前記上フランジに前記被固定部が設けられるものでもよい。
これによれば、上下に設けられたフランジにより拘束部材の機械的強度を確保しつつ軽量化を図ることが可能となる。また、溝部および被固定部を拘束部材に容易に形成することができる。
さらに、前記溝部の前記ガイド部材と当接する部分に取り付けられる弾性部材を備えてもよい。
これによれば、ガイド部材の寸法精度が高くない場合でも弾性部材が寸法の誤差を吸収することができる。また、外装体に加えられた振動や衝撃が弾性部材を介して蓄電素子組立体に伝わるため、弾性部材が振動や衝撃を緩和することが可能となる。
また、上記目的を達成するために、本願発明にかかる組電池製造方法は、複数の蓄電素子を並べて配置し、拘束部材で複数の前記蓄電素子を挟み込み、前記拘束部材を架橋部材で架橋状に接続して複数の前記蓄電素子を拘束し、外装体の側壁の内面に設けられたガイド部材に前記拘束部材に設けられた溝部を嵌合させ、拘束状態の前記蓄電素子を前記外装体に収容することを特徴とする。
これによれば、蓄電素子組立体が、外装体に設けられたガイド部材と拘束部材に設けられた溝部とが嵌合した状態で外装体内に収容される。従って、外装体に対する各蓄電素子の水平方向の位置関係が安定する。従って、組電池の組立工程が簡素化される。
本願発明によれば、複数の蓄電素子と外装体との位置関係が安定し、組立が容易な組電池を提供することが可能となる。
図1は、組電池を模式的に示す斜視図である。 図2は、組電池の組立状態を外装体の一部を省略して模式的に示す斜視図である。 図3は、組み立てた状態の組電池を外装体の一部を省略して模式的に示す斜視図である。 図4は、別態様の組電池の組立状態を外装体の一部を省略して模式的に示す斜視図である。 図5は、弾性部材が取り付けられた溝部を示す斜視図である。
次に、本願発明に係る組電池、および、組電池製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る組電池、および、組電池製造方法の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
図1は、組電池を模式的に示す斜視図である。
図2は、組電池の組立状態を外装体の一部を省略して模式的に示す斜視図である。
図3は、組み立てた状態の組電池を外装体の一部を省略して模式的に示す斜視図である。
これらの図に示すように、組電池100は、層状に並んで配置される複数の蓄電素子101と、蓄電素子101を収容する容器状の外装体102と、ガイド部材103と、拘束部材141と架橋部材142とを備えている。
蓄電素子101は、充電することができ、また、放電することのできる素子であり、筐体111と、電極端子112と、安全弁114とを備えている。
筐体111は、発電要素(電極体)や電解液などを密封状態で収容する部材であり、蓄電素子101の機械的強度を担う部材である。
電極端子112は、筐体111の一面に配置される部材であり、筐体111の外方と内方との間で電気を導通する部材である。本実施の形態の場合、蓄電素子101は同方向に向かって突出する正極、および、負極にそれぞれ対応する二つの電極端子112を備えている。
蓄電素子101は、筐体111の長側面同士が対向するように図中X軸方向に並んで配置されており、隣り合う蓄電素子101の一方の蓄電素子101の正極の電極端子112と他方の蓄電素子101の負極の電極端子112とが隣り合うように配置されている。また、蓄電素子101は、隣り合う正極の電極端子112と負極の電極端子112とがバスバー113に接続されて電気的に直列接続されている。蓄電素子101のいくつかは、並列接続されてもよい。
蓄電素子101に挟まれる位置に、絶縁性を有する板状の緩衝部材を配置してもかまわない。
外装体102は、底壁129と、側壁128とを備え、蓄電素子101と、拘束部材141と、架橋部材142とを収容する箱状の部材である。本実施の形態の場合、外装体102の側壁128の内方の壁面にはガイド部材103が一体に設けられている。外装体102は、蓄電素子101を所定の位置に配置し、蓄電素子101を衝撃などから保護し、蓄電素子101が不本意に金属部材などに接触することを回避する。組電池100は、外装体102の開口部を閉塞する蓋体122を備えている。外装体102、および、蓋体122は、絶縁性の材料、例えば樹脂などにより構成されている。
ガイド部材103は、外装体102の側壁128内方の壁面に設けられている。本実施の形態の場合、ガイド部材103は、底壁129と略直交する方向に延びて配置されるレール状の部材である。本実施の形態の場合、ガイド部材103は、外装体102と一体に成形されている。また、ガイド部材103は、底壁129に向かうに従い幅が徐々に広くなるテーパ形状となっている。ガイド部材103は、外装体102の対向する両側壁128の内方の壁面(図中YZ平面に配置される壁面)にY軸方向に並んで複数本(本実施の形態の場合2本)ずつX軸方向に突出状態で設けられている。ガイド部材103を対向する側壁128の内方の壁面に設けることで、蓄電素子組立体104(図2参照)を外装体102に安定した状態で挿入することができる。特に、一つの側壁128の内方の壁面に複数のガイド部材103を設けることで、蓄電素子組立体104を外装体102により安定した状態で挿入することができる。
拘束部材141は、蓄電素子101の並び方向(図中X軸方向)の両端部に配置され複数の蓄電素子101を挟み込んで一体に拘束する部材であり、溝部143が設けられている。
本実施の形態の場合、拘束部材141は板状の部材であり、拘束部材141の底壁129側には、拘束する蓄電素子101と反対側(X軸方向における蓄電素子側とは反対側)に突出する下フランジ144が一体に設けられ、拘束部材141の底壁129と反対側には、蓄電素子101と反対側(下フランジ144と同じ方向)に突出する上フランジ145が一体に設けられている。拘束部材141に下フランジ144や、上フランジ145を設けることで、拘束部材141の重量増加を抑制しつつ機械的強度を向上させることが可能となる。具体的には、拘束部材141は、金属製の板材を屈曲加工することにより下フランジ144、および、上フランジ145と共に成形されている。拘束部材141は、金属製の板材を絞り加工することにより、下フランジ144、上フランジ145、および、上下のフランジをつなぐ横フランジ(図示せず)を備えてもよい。
なお、拘束部材141を構成する材料は金属ばかりでなく、樹脂などでもかまわない。拘束部材141の形成方法も、屈曲加工や絞り加工に限定されるものではなく、任意の加工方法を採用することができる。
溝部143は、ガイド部材103と嵌合する部分である。溝部143は、ガイド部材103と摺動可能に嵌合する形状であり、Z軸方向の下端部が開口状態となっている。溝部143は、拘束部材141に設けられて鉛直方向(図中Z軸方向)に延在する溝状の部分であってもよい。
本実施の形態の場合、溝部143は、板状の下フランジ144に設けられており、Z軸方向の下端部ばかりでなく、上端部も開口状態となっている。なお、溝部143が設けられる下フランジ144の厚みが薄いため、溝部143の上下方向の長さが僅かであるが、当該部分も溝部143である。
また、溝部143の幅(図中Y軸方向の間隔)は、ガイド部材103の下端部の幅(図中Y軸方向の長さ)と一致、または、ほぼ一致している。これにより、ガイド部材103に溝部143を篏合させながら、蓄電素子組立体104を外装体102に挿入することでガイド部材103の下端部と溝部143とがきっちりと嵌まり合い、外装体102内方における蓄電素子組立体104の位置を安定させることが可能となる。
架橋部材142は、X軸方向に並べられた蓄電素子101の両端部の外方に配置される拘束部材141を架橋状に接続し複数の蓄電素子101を一体に拘束する拘束力を発生させる部材である。本実施の形態の場合、架橋部材142は、Y軸方向における蓄電素子101の両側方に配置され、X軸方向に延在する棒状の部材であり、拘束部材141の四隅にそれぞれ配置されている。架橋部材142の長さは、X軸方向に並べられた蓄電素子101などの全体の長さよりも僅かに短く設定されており、架橋部材142の端部と拘束部材141とをネジなどで締結することにより複数の蓄電素子101を拘束する拘束力を発生させている。
本実施の形態の場合、組電池100は、固定部材152を備えており、ガイド部材103は、底壁129側とは反対側の端面に固定用穴151を有している。本実施の形態の場合、固定用穴151は、ガイド部材103の上端面に開口するネジ穴であり、固定部材152が固定用穴151に螺着可能となっている。また、上側フランジ144には、固定部材152が刺し通される被固定部153が設けられている。固定用穴151は、ガイド部材103が樹脂など軟質な部材である場合、硬質のナットの穴(ガイド部材103に埋め込んだいわゆるインサートナット等の穴)であってもよい。
なお、固定部材152は、螺着することにより拘束部材141とガイド部材103とを固定するものばかりでなく、かしめにより拘束部材141とガイド部材103とを固定するリベットなどでもよい。また、被固定部153は、一部が切り欠かれた溝状のものであってもよい。
なお本実施の形態では、組電池100は、蓋体122と外部電極161とを備えている。
外部電極161は、電極端子112と電気的に接続され蓋体122に配置される導電性の部材であり、蓄電素子101に対し充電し、また、蓄電素子101から電力を供給するために外部の機器と組電池100とを電気的に接続するための部材である。
次に、組電池の製造方法を説明する。
矩形の蓄電素子101の長側面が対向するように蓄電素子101の厚さ方向に複数の蓄電素子101を層状に並べて配置する(配置工程)。ここで、絶縁、および、緩衝のための樹脂製板状の緩衝部材を隣接する蓄電素子101の間に挟み込んでもよい。
次に、拘束部材141を蓄電素子101の並び方向の両端部に配置して蓄電素子101全体を挟み込み、拘束部材141を架橋部材142で架橋状に接続して二つの拘束部材141の間隔を若干短くして蓄電素子101全体を拘束する(拘束工程)。以上により、蓄電素子組立体104が形成される(図2参照)。拘束工程の前後に、蓄電素子101同士をバスバー113で接続したり、リレーやシャント抵抗、制御基板などの電気機器を蓄電素子101に接続したりしてもかまわない。外装体102に収容される前にこれらの接続を行うことで、バスバー113等の取り付けを容易に行うことができる。
次に、容器状の外装体102の内方の壁面に設けられた上下方向に延びて配置されるレール状のガイド部材103の上端部に、拘束部材141に設けられた溝部143の開口端部を合わせる(位置合わせ工程)。本実施の形態の場合、ガイド部材103は、外装体102の対向する二つの側壁128の内方の壁面にそれぞれ設けられており、蓄電素子101の両端部外方に取り付けられた二つの拘束部材141の外方に突出した下フランジ144にそれぞれ設けられた溝部143とガイド部材103の上端部とを嵌合状態で合わせる。このようにすることで、外装体102と蓄電素子組立体104との水平方向の位置関係が安定し、蓄電素子組立体104を外装体102に挿入しやすくなる。さらに、ガイド部材103は、上端部から下方に向かって拡径するテーパ形状となっており、ガイド部材103の上端部の形状は溝部143の開口端部の形状よりも小さく設定されている。このため、ガイド部材103の上端部と溝部143の開口端部との位置合わせを容易に行うことができる。
次に、それぞれのガイド部材103と溝部143とが嵌合した状態でガイド部材103に対して溝部143を摺動させながら、蓄電素子組立体104を外装体102の内方に挿入して収容する(収容工程)。蓄電素子組立体104を外装体102に完璧に挿入すると、ガイド部材103の下端部と溝部143とが幅方向(図中Y軸方向)において隙間なく篏合し、外装体102に対する蓄電素子組立体104のY軸方向のがたつきを抑制することができる。また、対向する二つの外装体102の側壁128の内方の壁面にそれぞれ設けられたガイド部材103のX軸方向の間隔と、蓄電素子組立体104の両端部に配置される溝部143のX軸方向の間隔とを同一、または、ほぼ同一とすることで、外装体102に対する蓄電素子組立体104のX軸方向のがたつきも抑制することができる。
次に、拘束部材141の上端部とガイド部材103の上端部とをガイド部材103の下端部と溝部143とが嵌合する位置から上方向に延びる軸(図中Z軸)上で固定部材152を用いて固定的に接続する(固定工程)。本実施の形態の場合、蓄電素子組立体104を外装体102に収容した状態で、ガイド部材103の上面に設けられた固定用穴151と拘束部材141の上端部の上フランジ145に設けられた被固定部153とが重なっており、被固定部153に刺し通された固定部材152を固定用穴151に螺着することにより、拘束部材141とガイド部材103とが蓄電素子組立体104の上端部において固着され、蓄電素子組立体104が外装体102の内方に収容状態で固定される。
最後に、外装体102に蓋体122を取り付けて、組電池100の製造が終了する。
以上のように組電池100を製造することにより、上部が開口した容器状の外装体102に事前に組み立てた蓄電素子組立体104を挿入するだけで、水平方向における外装体102に対する蓄電素子組立体104の位置が安定する。さらに、固定部材152により拘束部材141とガイド部材103とを固定することで、蓄電素子組立体104と外装体102とが固定され、鉛直方向における外装体102に対する蓄電素子組立体104の位置が安定する。これにより、振動や衝撃に強い組電池100を提供することができる。
また、組立に際しても、予め蓄電素子組立体104を組み立てておくことができるため、蓄電素子101同士の接続などを外装体102の外方で容易に行うことができる。また、固定部材152による外装体102への蓄電素子組立体104の固定も、蓄電素子組立体104を挿入した方向で行うことができるため、容易になる。
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
例えば、図4に示すように、複数のガイド部材103の位置や大きさや形状を相互に異なるものとしたり、外装体102の対向する側壁128の内方の壁面に設ける数を異なる数としてもかまわない。これにより、外装体102に蓄電素子組立体104を挿入する向きをガイド部材103で教示することができる。間違った向きで挿入しようとした場合に、物理的に挿入が不可能なガイド部材103の位置や大きさや形状や数とすることで、不良品の発生を防止することが可能となる。
また、拘束部材141を厚みのある板状部材とし、上下方向に延び下端部が開放状態の溝部143を設けてもかまわない。この場合、溝部143の上端部を閉塞状態とし、当該閉塞部分を固定部材152を用いてガイド部材103の上端部と固定してもよい。
また、図5に示すように、溝部143のガイド部材144と当接する部分に取り付けられる弾性部材146を備えてもかまわない。この弾性部材146により、ガイド部材103や溝部143の寸法の誤差を吸収することができる。また、弾性部材146によい振動や衝撃を緩和することが可能となる。
本願発明は、例えば人や物を輸送する輸送用機器に搭載される電力供給用の組電池などとして利用可能である。
100 組電池
101 蓄電素子
102 外装体
103 ガイド部材
104 蓄電素子組立体
111 筐体
112 電極端子
113 バスバー
114 安全弁
122 蓋体
141 拘束部材
142 架橋部材
143 溝部
144 下フランジ
145 上フランジ
151 固定用穴
152 固定部材
153 被固定部
161 外部電極

Claims (7)

  1. 複数の蓄電素子と、
    複数の前記蓄電素子を収容する、底壁と側壁とを有する外装体と、
    前記側壁の内方の壁面に設けられるガイド部材と、
    複数の前記蓄電素子を挟み込んで一体に拘束し、前記ガイド部材と嵌合する溝部を有する拘束部材と、
    前記拘束部材を架橋状に接続し複数の前記蓄電素子を拘束する架橋部材と
    を備える組電池。
  2. 前記ガイド部材は、前記底壁と略直交する方向に延び、
    前記拘束部材は、被固定部を有し、
    前記ガイド部材は、前記底壁側の端部において前記溝部と篏合し、前記底壁側とは反対側の端部において前記被固定部に固定される
    請求項1に記載の組電池。
  3. さらに、
    固定部材を備え、
    前記ガイド部材は、前記底壁側とは反対側の端面に固定用穴を有し、
    前記固定部材の少なくとも先端が、前記被固定部を貫通し前記固定用穴に挿入される
    請求項1または2に記載の組電池。
  4. 前記ガイド部材は、前記底壁に向かうに従い幅が徐々に広くなるテーパ形状となっている
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の組電池。
  5. 前記拘束部材は、
    前記蓄電素子と反対側に突出する下フランジを前記底壁側に、
    前記蓄電素子と反対側に突出する上フランジを前記底壁側とは反対側に備え、
    前記下フランジに前記溝部が設けられ、
    前記上フランジに前記被固定部が設けられる
    請求項2〜4のいずれか1項に記載の組電池。
  6. さらに、
    前記溝部の前記ガイド部材と当接する部分に取り付けられる弾性部材を備える
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の組電池。
  7. 複数の蓄電素子を並べて配置し、
    拘束部材で複数の前記蓄電素子を挟み込み、
    前記拘束部材を架橋部材で架橋状に接続して複数の前記蓄電素子を拘束し、
    外装体の側壁の内面に設けられたガイド部材に前記拘束部材に設けられた溝部を嵌合させ、拘束状態の前記蓄電素子を前記外装体に収容する
    組電池製造方法。
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