JP2015005356A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 蓄電モジュールの端部を連結プレートに締結部材で締結する際に、締結部材の締結トルクで蓄電モジュールが回転して姿勢が乱れるのを防止する。
【解決手段】 蓄電装置Pは、並置された複数の蓄電モジュールMを一対の連結プレート26間に挟持して締結部材29により一体に締結して構成される。蓄電モジュールMはその積層方向端部から少なくとも一つの連結プレート26に向かって突出する位置決めピン25を備え、前記連結プレート26は蓄電モジュールMを挟持した状態で位置決めピン25が挿入される挿入凹部26bを備えるので、締結部材29で前記連結プレート26を蓄電モジュールMに締結する際に、締結部材29の締結トルクで蓄電モジュールMが回転するのを防止して組付性を高めることができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、複数の角形の蓄電セルを積層方向に積層して蓄電モジュールを構成し、積層方向に対して交差する方向に並置した複数の前記蓄電モジュールを積層方向両側に配置した少なくとも二つの連結プレート間に挟持し、前記少なくとも二つの連結プレートのうちの少なくとも一つの連結プレートを前記複数の蓄電モジュールに締結部材により積層方向に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外向きに折り曲げた取付フランジを、一対の支持プレートに植設したスタッドボルトに嵌合してナットで締結するものが、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、複数の蓄電モジュールを一対の連結プレート間に挟持し、連結プレートを貫通させたボルトを蓄電モジュールのエンドプレートに螺合することで、複数の蓄電モジュールを連結プレートに締結して蓄電装置を構成することが考えられる。
この場合、前記ボルトを締め付けるトルクにより、そのボルトまわりに蓄電モジュールが回転してしまうため、蓄電モジュールを一定の姿勢で連結プレートに締結することが難しくなり、蓄電装置の組み立て作業の作業性が低下する可能性がある。特に、蓄電モジュールの表面にシール部材を当接させて冷却空気を流通させる冷却空気通路を構成する場合、蓄電モジュールが傾いた姿勢のまま連結プレートに固定されてしまうと、シール部材が不均一に圧縮されて冷却空気の漏れが発生する可能性がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、蓄電モジュールの端部を連結プレートに締結部材で締結する際に、締結部材の締結トルクで蓄電モジュールが回転して姿勢が乱れるの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、複数の角形の蓄電セルを積層方向に積層して蓄電モジュールを構成し、積層方向に対して交差する方向に並置した複数の前記蓄電モジュールを積層方向両側に配置した少なくとも二つの連結プレート間に挟持し、前記少なくとも二つの連結プレートのうちの少なくとも一つの連結プレートを前記複数の蓄電モジュールに締結部材により積層方向に締結する蓄電装置であって、前記蓄電モジュールはその積層方向端部から前記少なくとも一つの連結プレートに向かって突出する位置決めピンを備え、前記少なくとも一つの連結プレートは前記蓄電モジュールを挟持した状態で前記位置決めピンが挿入される挿入凹部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、前記複数の蓄電モジュールに冷却風を供給あるいは排出するための複数の冷却孔が形成されたダクト部材を前記少なくとも二つの連結プレートに固定し、前記冷却孔の周囲に前記蓄電モジュールとの間をシールするシール部材を設けた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、前記挿入凹部の鉛直方向上側部分の直径は、前記蓄電モジュールの締結状態において前記位置決めピンが係合する前記挿入凹部の鉛直方向下側部分の直径よりも大きい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1〜請求項3の何れか1項の構成に加えて、前記挿入凹部は貫通孔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5に記載された発明によれば、複数の角形の蓄電セルを積層方向に積層して蓄電モジュールを構成し、積層方向に対して交差する方向に並置した複数の前記蓄電モジュールを積層方向両側に配置した少なくとも二つの連結プレート間に挟持し、前記少なくとも二つの連結プレートのうちの少なくとも一つの連結プレートを前記複数の蓄電モジュールに締結部材により積層方向に締結する蓄電装置であって、前記少なくとも一つの連結プレートは前記蓄電モジュールに向かって突出する位置決めピンを備え、前記蓄電モジュールは前記少なくとも二つの連結プレートに挟持された状態で前記位置決めピンが挿入される挿入凹部を備えることを特徴とする蓄電装置が提案される。
尚、実施の形態の位置決め孔14a、窪み14b、位置決め孔26bおよび窪み26eは本発明の挿入凹部に対応し、実施の形態のアッパーダクト27およびロアダクト28は本発明のダクト部材に対応し、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または請求項5の構成によれば、蓄電装置は、複数の角形の蓄電セルを積層方向に積層して蓄電モジュールを構成し、積層方向に対して交差する方向に並置した複数の蓄電モジュールを、積層方向両側に配置した少なくとも二つの連結プレート間に挟持して締結部材により一体に締結して構成される。少なくとも二つの連結プレートのうちの少なくとも一つの連結プレートは蓄電モジュールに締結部材により積層方向に締結されるので、連結プレートの形状を特に工夫しなくても、締結部材を操作するための工具と連結プレートとの間の距離を充分に確保することができ、締結作業の作業性向上および連結プレートの小型化が可能となる。
特に、請求項1の構成によれば、蓄電モジュールはその積層方向端部から少なくとも一つの連結プレートに向かって突出する位置決めピンを備え、連結プレートは蓄電モジュールを挟持した状態で位置決めピンが挿入される挿入凹部を備えるので、締結部材で連結プレートを蓄電モジュールに締結する際に、締結部材の締結トルクで蓄電モジュールが回転するのを防止して組付性を高めることができる。
特に、請求項5の構成によれば、少なくとも一つの連結プレートは蓄電モジュールに向かって突出する位置決めピンを備え、蓄電モジュールは少なくとも二つの連結プレートに挟持された状態で位置決めピンが挿入される挿入凹部を備えるので、締結部材で連結プレートを蓄電モジュールに締結する際に、締結部材の締結トルクで蓄電モジュールが回転するのを防止して組付性を高めることができる。
また請求項2の構成によれば、複数の蓄電モジュールに冷却風を供給あるいは排出するための複数の冷却孔が形成されたダクト部材を少なくとも二つの連結プレートに固定し、冷却孔の周囲に蓄電モジュールとの間をシールするシール部材を設けたので、位置決めピンおよび挿入凹部の係合により蓄電モジュールの回転が防止されることで、シール部材の圧縮量が均一化されて冷却風の漏れが確実に防止される。
また請求項3の構成によれば、挿入凹部の鉛直方向上側部分の直径は、蓄電モジュールの締結状態において位置決めピンが係合する挿入凹部の鉛直方向下側部分の直径よりも大きいので、位置決めピンを大径の鉛直方向上側部分に係合させてから鉛直方向下方の鉛直方向上側部分にスライドさせることで組付作業が容易になるだけでなく、蓄電モジュールの下面が上方からシール部材に当接するので、シール部材が水平方向に押されて変形することがなくなり、シール部材の変形によるシール性の低下が防止される。
また請求項4の構成によれば、挿入凹部は貫通孔であるので、位置決めピンが所定の位置に嵌まっているか否かを目視により確認することができる。
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) 蓄電モジュールおよび連結プレートの分解斜視図。(第1の実施の形態) アッパーダクト、ロアダクトおよび連結プレートの分解斜視図。(第1の実施の形態) 図3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1の実施の形態) 図6の8−8線断面図。(第1の実施の形態) 位置決めピンおよび挿入凹部の他の実施の形態を示す図(第2〜第5の実施の形態)
第1の実施の形態
以下、図1〜図8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14,14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14,14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拘束バンド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拘束バンド16,16とにより、一対のエンドプレート14,14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、上部拘束バンド15,15の両端に設けられた厚肉のエンドプレート固定部15a…と、下部拘束バンド16,16の両端に設けられた厚肉のエンドプレート固定部16a…とがエンドプレート14,14の四隅に突き当てられ、エンドプレート14,14を貫通するボルト17…をエンドプレート固定部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と上部拘束バンド15,15との間に、結露水によって蓄電セル11…と上部拘束バンド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と下部拘束バンド16,16との間に、結露水によって蓄電セル11…と下部拘束バンド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、下部拘束バンド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字状に形成された蓄電セルバスバー21が装着されており、蓄電セルバスバー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。
図2および図6に示すように、エンドプレート14は、主プレート22および副プレート23を結合して構成される。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拘束バンド締結部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、その両端の拘束バンド締結部23a,23aにそれぞれボルト孔23b,23bが形成される。主プレート22および副プレート23は溶接されて一体化される。
副プレート23には、主プレート22から離反する方向に円錐台状に突出する一対の隆起部23d,23dと、隆起部23d,23dの中心に位置する締結孔23c,23cとが形成される。締結孔23cの裏面にウエルドナット24が溶接される。
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12,12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14,14を重ね合わせた状態で、エンドプレート14,14の四隅を貫通するボルト17…を上部拘束バンド15,15のエンドプレート固定部15a,15aおよび下部拘束バンド16,16のエンドプレート固定部16a,16aに螺合すれば良い。
図6および図7から明らかなように、各蓄電モジュールMのエンドプレート14の主プレート22には1本の位置決めピン25が積層方向に突設される。位置決めピン25は主プレート22に固定された円柱状の軸部25aと、軸部25aの先端に設けられた頭部25bとからなり、頭部25bの直径は軸部25aの直径よりも大きくなっている。
図3、図4および図7から明らかなように、連結プレート26には各々12個の円錐台状の隆起部26cが形成されており、それらの中心に締結孔26a…が形成される。また連結プレート26には、6個の蓄電モジュールM…の位置決めピン25…に対応する6個の位置決め孔26b…が形成される。位置決め孔26bは本発明の挿入凹部を構成するもので、上側に位置する円形の大径部aと、下側に位置するU字状の小径部bとを連通させた形状であり、円形の大径部aの直径は位置決めピン25の頭部25bの直径よりも僅かに大きく、かつU字状の小径部bの幅および底部の直径は位置決めピン25の軸部25aの直径よりも僅かに大きく設定される。
図4、図6および図8から明らかなように、アッパーダクト27およびロアダクト28は、矩形トレー状のダクト本体30と、その開放部に結合される仕切り板31とを備えており、仕切り板31には6個の蓄電モジュールM…に対応する6個の冷却孔31a…が形成されるとともに、ダクト本体30および仕切り板31が複数の補強リブ30a…で接続される。またロアダクト28の両端部には冷却空気を導入するための冷却空気導入部28a,28aが形成され、アッパーダクト27には冷却空気を排出するための冷却空気排出部(図示せず)が形成される。
アッパーダクト27およびロアダクト28の仕切り板31,31の冷却孔31a…の外周には、蓄電モジュールM…の上部拘束バンド15…あるいは下部拘束バンド16…と、エンドプレート14…とに当接して冷却空気の漏れを阻止する弾性体よりなるシール部材33…が配置される。そしてアッパーダクト27およびロアダクト28の外周部は、連結プレート26,26の上下のフランジ26d…にボルト34…で締結される。
従って、冷却空気導入部28a,28aからロアダクト28の内部に導入された冷却空気は、ロアダクト28の仕切り板31の6個の冷却孔31a…を通過して6個の蓄電モジュールM…の中間蓄電セルホルダ12…および端部蓄電セルホルダ12A…,12bの内部を流れ、その間に蓄電セル11…と熱交換して冷却する。蓄電セル11…を冷却して温度上昇した冷却空気は、アッパーダクト27の仕切り板31の6個の冷却孔31a…を通過してアッパーダクト27の内部で合流し、図示せぬ冷却空気排出部から外部に排出される。
次に、蓄電装置Pの組み立て時の作用を説明する。
蓄電装置Pは一対の連結プレート26,26と、アッパーダクト27と、ロアダクト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。各連結プレート26,26には12個の円錐台状の隆起部26c…が形成されており、それらの中心に形成した締結孔26a…および副プレート23…の12個の締結孔23c…を貫通する12本のボルト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と6個の蓄電モジュールM…のエンドプレート14…とを締結する。そして一対の連結プレート26,26のフランジ26d…にアッパーダクト27およびロアダクト28をボルト34…で締結することで蓄電装置Pが組み立てられる。
その際に、連結プレート26,26および蓄電モジュールM…を固定するボルト29…は蓄電セル11…の積層方向に締結されるので、連結プレート26,26の形状を特に工夫しなくても、ボルト29…を操作するための工具と連結プレート26,26との間の距離を充分に確保することができ、締結作業の作業性向上および連結プレート26,26の小型化が可能となる。
ところで、ボルト29…を締結する作業を行うとき、その締結トルクによって蓄電モジュールMがボルト29…の軸線回りに回転してしまい、蓄電モジュールMの上面および下面がアッパーダクト27およびロアダクト28の仕切り板31,31に対して非平行になる可能性がある。
しかしながら、本実施の形態によれば、6個の蓄電モジュールM…と連結プレート26,26とをボルト29…で締結するとき、蓄電モジュールMのエンドプレート14に突設した位置決めピン25を連結プレート26の位置決め孔26bに係合させるので、ボルト29の締結トルクに引きずられて蓄電モジュールMがボルト29の軸線まわりに回転するのを防止することができる。これにより、アッパーダクト27およびロアダクト28のシール部材33…が、蓄電モジュールMの上部拘束バンド15,15、下部拘束バンド16,16およびエンドプレート14,14に均等に当接することが可能になり(図6参照)、シール部材33…の隙間から冷却空気が漏れるのを防止して冷却効果を高めることができる。
また位置決めピン25を位置決め孔26bに嵌合するとき、図7に示すように、先ず位置決めピン25の大径の頭部25bを位置決め孔26bの大径部aを通過させた後に、蓄電モジュールMを下降させると、位置決めピン25の小径の軸部25aが位置決め孔26bの小径部bに嵌合するので、連結プレート26に対して蓄電モジュールMのエンドプレート14を精度良く位置決めし、ボルト29…の締結作業を効率的に行うことができる。しかも蓄電モジュールMを下降させて位置決めピン25の軸部25aを位置決め孔26bの大径部aから小径部bに移動させるとき、蓄電モジュールMは下側のロアダクト28に対して垂直に下降するので、蓄電モジュールMおよびロアダクト28間に挟まれるシール部材33…が横ずれしてシール性が低下するのを防止することができる。
また位置決め孔26bは貫通孔で構成されているので、位置決めピン25が位置決め孔26bに正しく嵌合しているか否かを目視により容易に確認することができる。
第2〜第5の実施の形態
次に、図9に基づいて本発明の第2〜第4の実施の形態を説明する。
上述した第1の実施の形態では、エンドプレート14側に位置決めピン25を設け、連結プレート26側に位置決め孔26bを設けているが、その位置関係を逆転し、図9(A)に第2の実施の形態として示すように、連結プレート26側に位置決めピン25を設け、エンドプレート14側に位置決め孔14aを設けても、第1の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
また貫通孔である位置決め孔26b,14aに代えて、貫通していない窪みに位置決めピン25を挿入しても良い。図9(B)に示す第3の実施の形態は、エンドプレート14側に位置決めピン25を設けて連結プレート26側に窪み26eを設けたものであり、図9(C)に示す第4の実施の形態は、連結プレート26側に位置決めピン25を設けてエンドプレート14側に窪み14bを設けたものである。第3、第4の実施の形態によっても、第1、第2の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
また図9(D)に第5の実施の形態として示すように、エンドプレート14の主プレート22に位置決めピン25を設ける代わりに、エンドプレート14の副プレート23に位置決めピン25を設けても同様の作用効果を達成することができる。
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。
また実施の形態では6個の蓄電モジュールMを2枚の連結プレート26で挟持しているが、蓄電モジュールMの数は複数個であれば良く、連結プレート26の数も複数枚であれば良い。
また実施の形態では蓄電モジュールMの積層方向両側で位置決めピン25による位置決めを行っているが、蓄電モジュールMの積層方向片側だけで位置決めを行っても良い。
また実施の形態では各エンドプレート14に1本の位置決めピン25を設けているが、2本以上の位置決めピン25を設ければ蓄電モジュールMの姿勢を更に安定させることができる。
尚、実施の形態ではシール部材33を用いているが、本発明はシール部材33を用いない場合にも適用可能である。例えば、アッパーダクト27あるいはロアダクト28の仕切り板31が変形することで生じる蓄電モジュールMの回り止め対策として有効である。
11 蓄電セル
14a 位置決め孔(挿入凹部)
14b 窪み(挿入凹部)
25 位置決めピン
26 連結プレート
26b 位置決め孔(挿入凹部)
26e 窪み(挿入凹部)
27 アッパーダクト(ダクト部材)
28 ロアダクト(ダクト部材)
29 ボルト(締結部材)
31a 冷却孔
33 シール部材
M 蓄電モジュール

Claims (5)

  1. 複数の角形の蓄電セル(11)を積層方向に積層して蓄電モジュール(M)を構成し、積層方向に対して交差する方向に並置した複数の前記蓄電モジュール(M)を積層方向両側に配置した少なくとも二つの連結プレート(26)間に挟持し、前記少なくとも二つの連結プレート(26)のうちの少なくとも一つの連結プレート(26)を前記複数の蓄電モジュール(M)に締結部材(29)により積層方向に締結する蓄電装置であって、
    前記蓄電モジュール(M)はその積層方向端部から前記少なくとも一つの連結プレート(26)に向かって突出する位置決めピン(25)を備え、前記少なくとも一つの連結プレート(26)は前記蓄電モジュール(M)を挟持した状態で前記位置決めピン(25)が係合する挿入凹部(26b,26e)を備えることを特徴とする蓄電装置。
  2. 前記複数の蓄電モジュール(M)に冷却風を供給あるいは排出するための複数の冷却孔(31a)が形成されたダクト部材(27,28)を前記少なくとも二つの連結プレート(26)に固定し、前記冷却孔(31a)の周囲に前記蓄電モジュール(M)との間をシールするシール部材(33)を設けたことを特徴とする、請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記挿入凹部(26b)の鉛直方向上側部分の径は、前記蓄電モジュール(M)の締結状態において前記位置決めピン(25)が係合する前記挿入凹部(26b)の鉛直方向下側部分の径よりも大きいことを特徴とする、請求項2に記載の蓄電装置。
  4. 前記挿入凹部(26b)は貫通孔であることを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の蓄電装置。
  5. 複数の角形の蓄電セル(11)を積層方向に積層して蓄電モジュール(M)を構成し、積層方向に対して交差する方向に並置した複数の前記蓄電モジュール(M)を積層方向両側に配置した少なくとも二つの連結プレート(26)間に挟持し、前記少なくとも二つの連結プレート(26)のうちの少なくとも一つの連結プレート(26)を前記複数の蓄電モジュール(M)に締結部材(29)により積層方向に締結する蓄電装置であって、
    前記少なくとも一つの連結プレート(26)は前記蓄電モジュール(M)に向かって突出する位置決めピン(25)を備え、前記蓄電モジュール(M)は前記少なくとも二つの連結プレート(26)に挟持された状態で前記位置決めピン(25)が挿入される挿入凹部(14a,14b)を備えることを特徴とする蓄電装置。
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