JP2015191770A - セルホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で部品点数や作業工数をより低減できるセルホルダを提供する。【解決手段】複数の電池セル１００を積層した状態で保持する際に用いられるセルホルダ１０は、電池セル１００間に配置される２以上の仕切板１６と、前記２以上の仕切板１６が前記電池セル１００の厚みより大きい基準間隔をあけて並ぶように当該２以上の仕切板１６を連結する枠部１８と、が一体成形されており、前記枠部１８は、積層方向の圧縮荷重を付加することで前記仕切板１６間の間隔を前記基準間隔よりも小さくする薄膜部３０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池セルを積層した状態で保持する際に用いられるセルホルダに関する。

従来から、複数の電池セルを積層して構成される電池モジュールが知られている。電池モジュールでは、複数の電池セルを積層した状態で保持するためのセルホルダが用いられていた。図５は、従来のセルホルダの一例を示す図である。図５に示すように、従来のセルホルダは、電池セル１００間に配置される略平板状の保持枠１１２や、エンドプレート１１６、保持枠１１２および電池セル１００等の積層体を積層状態で拘束する拘束バンド１２０等から構成されていた。

特開２０１１−２２２４９０号公報

しかし、こうした従来のセルホルダでは、電池セル１００の数に合わせて多数の保持枠１１２を用意する必要があり、部品点数の増加を招いていた。また、多数の保持枠１１２および電池セル１００は、全て、完全に分離した別部品であるため、積層するにあたっての作業工数の増加等の問題を招いていた。

特許文献１には、電池セル間に介在される面圧部材と、隣り合う面圧部材を連結する連結部材とを一体に備えた電池ホルダが開示されている。かかる電池ホルダによれば、部品点数を大幅に低減できる。しかしながら、この電池ホルダは、構成が複雑であり、また、電池セルの個数変化に容易に対応できない等の問題があった。

そこで、本発明では、簡易な構成で部品点数や作業工数をより低減できるセルホルダを提供することを目的とする。

本発明のセルホルダは、複数の電池セルを積層した状態で保持する際に用いられるセルホルダであって、電池セル間に配置される２以上の仕切板と、前記２以上の仕切板が前記電池セルの厚みより大きい基準間隔をあけて並ぶように当該２以上の仕切板を連結する連結部と、が一体成形されており、前記連結部は、積層方向の圧縮荷重を付加することで前記仕切板間の間隔を前記基準間隔よりも小さくするヒンジ機構を備える、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記ヒンジ構造は、連結部のうち、弾性変形可能な程度に薄肉化された薄肉部である。また、他の好適な態様では、さらに、他のセルホルダと連結するための連結機構を備える。

本発明によれば、２以上の仕切板が連結されているため、部品点数を低減でき、また、仕切板間の間隔を小さくできるため、電池セルの組み付けを容易に行える。結果として、本発明によれば、部品点数や作業工数をより低減できる。

本発明の実施形態であるセルホルダの斜視図である。 他の方向からみたセルホルダの斜視図である。 図１におけるＡ部拡大図である。 セルホルダの概略横断面図である。 従来の電池モジュールの分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態であるセルホルダ１０について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態であるセルホルダ１０の斜視図である。また、図２は、セルホルダ１０を反対側からみた斜視図であり、図３は、図１のＡ部拡大図である。また、図４は、セルホルダの概略横断面図である。

セルホルダ１０は、複数の電池セル１００を積層して保持し、電池モジュールを構成する。電池モジュールは、例えば、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車等の電動車両の電源等に用いられる。

電池モジュールにおいて、複数の略平板状の電池セル１００は、その広い面（以下、この面を「正面または背面」という）同士が正対するように、互いに所定の間隔を隔てて一方向に積層される。この電池セル１００としては、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池等が用いられる。各電池セル１００は、電気絶縁性樹脂の外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。各電池セル１００の上面からは、正極端子および負極端子からなる二つの端子部１０２が突出している。積層された電池セル１００は、端子部間を接続するバスバーによって直列に接続される。

セルホルダ１０は、こうした複数の電池セル１００を積層した状態で保持する際に用いられる。セルホルダ１０は、電気絶縁性樹脂からなる略箱状部材である。セルホルダ１０は、電池セル１００間に介在する仕切板１６と、当該仕切板１６の周囲三方を囲む枠部１８、当該セルホルダ１０を他のセルホルダ１０に着脱自在に取り付ける着脱部２４等に大別される。

仕切板１６は、電池セル１００間に位置して、電池セル１００間の絶縁を担保する部材である。この仕切板１６は、電池セル１００の正面とほぼ同じ、または僅かに大きい形状、サイズを有した薄い方形平板である。仕切板１６の表面および裏面は、図１、図２では、略矩形の凸部が形成されただけの単純な形態としているが、実際には、この仕切板１６の表面および裏面には、冷却用空気の通路となる溝が複数形成されている。一つのセルホルダ１０において、仕切板１６は、規定の基準間隔をあけて、正対して並んでいる。この基準間隔は、電池セル１００の厚みより僅かに大きくなっている。間隔をあけて並ぶ仕切板１６の間に電池セル１００が挿入される。

仕切板１６の周囲には、枠部１８が設けられている。この枠部１８は、セルホルダ１０に収容された電池セル１００の周囲三方向を覆って、当該電池セル１００の左右方向への移動、および、下方への抜けを防止する。また、この枠部１８は、複数の仕切板１６が規定の間隔をあけて並んだ状態で、当該複数の仕切板１６を連結する連結部としても機能する。本実施形態の枠部１８は、電池セル１００の左右両側面に沿う側壁２０と、電池セル１００の底面に沿う底壁２２と、からなる。

側壁２０のうち、二つの仕切板１６の間には、肉厚が他の部分より薄く、膜状になっている薄膜部３０が設けられている。薄膜部３０は、図１、図２において、破線で示すように、底壁２２に近づくにつれて幅狭になる略三角形状となっている。また、薄膜部３０は、正対する二つの側壁２０それぞれに設けられている。この薄膜部３０は、積層方向の圧縮荷重を受けることで、図４（ｂ）に示すように、撓んで変形できる程度の厚みに調整されている。そして、この薄膜部３０は、撓んで変形する。ここで、薄膜部３０は、既述した通り、底壁２２に近づくにつれて幅狭になる略三角形状であるため、圧縮荷重を受けた際の変形量は、底壁２２に近づくにつれて小さくなる。結果として、圧縮荷重を受けた際、仕切板は、低端を中心として、水平軸回りに回動し、これにより、仕切板１６間の間隔が小さくなる。つまり、この薄膜部３０は、積層方向の圧縮荷重を付加することで前記仕切板間の間隔を小さくするヒンジ機構として機能する。

底壁２２には、隣接するセルホルダ１０同士を着脱自在に連結するための着脱部２４が設けられている。着脱部２４は、セルホルダ１０の正面に設けられた連結溝２６と、セルホルダ１０の背面に設けられた連結突起２８と、から構成される。連結溝２６は、底壁２２の一部を分断することで形成された溝であり、幅方向に間隔をあけて二つ設けられている。また、連結突起２８は、仕切板１６より後方に突出する底壁２２から後方に突出しており、幅方向に間隔をあけて二つ設けられている。連結突起２８の幅は、連結溝２６の幅と同じとなっており、一つのセルホルダ１０の連結突起２８は、他のセルホルダ１０の連結溝２６に挿入可能となっている。また、一つのセルホルダ１０の正面を、他のセルホルダ１０の背面に正対させた際に、一つのセルホルダ１０の連結溝２６は、他のセルホルダ１０の連結突起２８に正対するような位置に設けられている。したがって、一つのセルホルダ１０の連結溝２６に、他のセルホルダ１０の連結突起２８を挿し込むことで、二つのセルホルダ１０が互いに正対した状態で連結できるようになっている。

こうした着脱部２４や枠部１８の前後方向の長さは、正対する二つのセルホルダ１０を連結させた際、正対する仕切板１６間の間隔が、電池セル１００の厚みと同じか僅かに小さくなるように調整されている。ただし、連結溝２６に挿入された連結突起２８は、連結溝２６に対して前後方向にスライド移動可能であるため、連結されたセルホルダ１０の仕切板１６間の間隔は、微調整可能となっている。換言すれば、本実施形態の着脱部２４は、電池セル１００の厚み寸法のばらつきを吸収する公差吸収機構を有しているといえる。なお、ここで説明した着脱部２４の構成は、一例であり、二つのセルホルダ１０を着脱自在に連結できるのであれば、その形状や位置、個数等は、適宜、変更されてもよい。

次に、このセルホルダ１０に電池セル１００を組み付ける場合について説明する。セルホルダ１０に電池セル１００を組み付ける場合は、まず、電池セル１００の個数に合わせた個数のセルホルダ１０を用意し、用意したセルホルダ１０を互いに連結しておく。このように、セルホルダ１０を適宜、連結可能とすることで、電池モジュール毎に電池セル１００の個数が異なっても、対応することができる。換言すれば、電池モジュールの種類に合わせて、異なる種類のセルホルダ１０を用意する必要はなく、部品の共通化が図れる。

所望の個数のセルホルダ１０が連結できれば、続いて、仕切板１６と仕切板１６との間の空間に電池セル１００を挿入する。このとき、一つのセルホルダ１０内において、仕切板１６と仕切板１６との間隔は、電池セル１００の厚みよりも大きい。したがって、電池セル１００を容易に、仕切板１６間に挿入できる。また、一つのセルホルダ１０の仕切板１６と隣接するセルホルダ１０の仕切板１６との間隔は、連結突起２８を連結溝２６に対してスライドさせることで容易に調整できる。結果として、一つのセルホルダ１０の仕切板１６と隣接するセルホルダ１０の仕切板１６との間にも、電池セル１００を容易に挿入できる。

このように複数のセルホルダ１０を予め連結しておき、複数の電池セル１００が挿入される空間を予め形成しておけば、複数の電池セル１００を一括でセルホルダに組み付けることができる。その結果、従来のセルホルダを用いる場合に比べて、組み付けの作業工数を大幅に低減できる。これについて、図５を参照して説明する。

図５は、従来のセルホルダでの組み付けの様子を示す斜視図である。従来のセルホルダでは、電池セル１００間に配置される複数の保持枠１１２は、連結されておらず、全て別体となっていた。そのため、保持枠１１２に電池セル１００を組み付ける際には、一つの保持枠１１２に一つの電池セル１００を嵌め込む作業を、電池セル１００の個数分行う必要があり、非常に工数がかかっていた。

一方、本実施形態では、予め、複数の仕切板１６を一体成形している。換言すれば、本実施形態のセルホルダ１０では、従来の保持枠１１２が複数、連結されたような状態となっている。また、複数のセルホルダ１０を互いに連結できる。その結果、電池セル１００の組み付け前に、複数の仕切板１６を規定の間隔をあけた状態で並べておくことができる。そして、この仕切板１６間の空間に、電池セル１００を挿入するようにすれば、電池セル１００の組み付け作業を簡易化できる。特に、複数の電池セル１００を予め整列させておき、この整列させた複数の電池セル１００を一括で、仕切板１６間の空間に挿入するようにすれば、電池セル１００の組み付けに要する工数を大幅に低減できる。

全ての電池セル１００が、対応する仕切板１６間に挿入できれば、積層体の両端に、エンドプレートを配置する。そして、両端のエンドプレートに拘束バンドを取り付け、積層体全体に、積層方向の圧縮荷重を付与する。

ここで、既述した通り、本実施形態のセルホルダ１０において、圧縮荷重をかける前の状態では、仕切板１６間の間隙は、電池セル１００の厚みより大きい。したがって、圧縮荷重をかける前、図４（ａ）に示すように、セルホルダ１０に挿入された電池セル１００と仕切板１６との間には、隙間が生じている。一方、積層方向の圧縮荷重をかけると、図４（ｂ）に示すにように薄膜部３０が撓み、これにより、仕切板１６間の間隔を小さくすることができる。その結果、電池セル１００と仕切板１６とを密着させることが可能となる。

このように、セルホルダ１０に薄膜部３０を設け、仕切板１６間の間隔を変更可能とすることで、電池セル１００の公差を吸収できる。すなわち、電池セル１００は、基本的には、均一の寸法となるように製造されているが、公差内での寸法のばらつきは存在する。従来のセルホルダでは、電池セル１００間に配される保持枠１１２は、全て、別体であるため、電池セル１００の厚み等にばらつきがあっても容易に電池セル１００間に保持枠１１２を配置できる。しかし、こうした従来の構成では、部品点数が多くなり、電池セル１００の保持枠への組み付け作業が非常に煩雑となっていた。また、保持枠１１２が全て別体であるため、保持枠１１２間での積層方向に直交する面方向の位置ズレが生じやすく、ひいては、電池セル１００間の積層方向に直交する面方向の位置ズレも生じやすかった。

こうした電池セル１００間の位置ずれを防止するためには、全ての保持枠１１２が連結され、その位置関係が固定されたセルホルダを用いることが有効である。しかし、保持枠１１２の位置関係を固定すると、今度は、電池セル１００の公差を吸収できないという問題が生じる。

本実施形態では、電池セル１００間に配置される仕切板１６が互いに連結されているセルホルダ１０を用いているため、電池セル１００間の位置ずれを効果的に防止できる。また、本実施形態のセルホルダ１０は、圧縮荷重をかけることで、仕切板１６間の間隔が、電池セル１００の厚みに合わせて小さくなるため、電池セル１００の公差を容易に吸収できる。

また、本実施形態では、複数の仕切板１６と、これらを連結する枠部１８とを、一体成形している。そのため、従来に比べて、部品点数を大幅に減らすことができる。なお、本実施例では、二枚の仕切板１６を備えたセルホルダ１０を例示しているが、仕切板１６の個数はより多数としてもよい。一つのセルホルダ１０が備える仕切板１６の個数を増やし、保持できる電池セル１００の個数を増やすことで、電池モジュールを構成するために必要な部品点数をより低減でき、ひいては、コストや、組み付け工数をより低減できる。

また、本実施形態では、ヒンジ機構として側壁に略三角形の薄膜部３０を設けたが、仕切板１６間の間隔を変更するべく弾性変形できるのであれば、薄膜部３０の形状や、位置は、適宜、変更されてもよい。また、本実施形態では、セルホルダ１０を、電池セル１００の五面を完全に覆う箱形状としているが、セルホルダ１０に求められる能力に応じて、適宜、異なる形状としてもよい。例えば、セルホルダ１０の側面に通気用の孔等を形成してもよい。

１０ セルホルダ、１６ 仕切板、１８ 枠部、２０ 側壁、２２ 底壁、２４ 着脱部、２６ 連結溝、２８ 連結突起、３０ 薄膜部、１００ 電池セル、１０２ 端子部、１１２ 保持枠、１１６ エンドプレート、１２０ 拘束バンド。

Claims (3)

1. 複数の電池セルを積層した状態で保持する際に用いられるセルホルダであって、
   電池セル間に配置される２以上の仕切板と、前記２以上の仕切板が前記電池セルの厚みより大きい基準間隔をあけて並ぶように当該２以上の仕切板を連結する連結部と、が一体成形されており、
   前記連結部は、積層方向の圧縮荷重を付加することで前記仕切板間の間隔を前記基準間隔よりも小さくするヒンジ機構を備える、
   ことを特徴とするセルホルダ。
2. 請求項１に記載のセルホルダであって、
   前記ヒンジ構造は、連結部のうち、弾性変形可能な程度に薄肉化された薄肉部である、ことを特徴とするセルホルダ。
3. 請求項１または２に記載のセルホルダであって、さらに、
   他のセルホルダと連結するための連結機構を備える、ことを特徴とするセルホルダ。