JP2018073705A - Electric power unit and vehicle including the same and manufacturing method of electric power unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置及びこれを備える車両並びに電源装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a power supply device, a vehicle including the power supply device, and a method for manufacturing the power supply device.
多数の二次電池を直列、並列に接続した電源装置は、車両の駆動用等の用途で用いられている。このような電源装置の一例を図9の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置は、角形の二次電池セル901をスペーサ902を介して多数積層して、端面にエンドプレート903を配置し、バインドバー904で締結している。
A power supply device in which a large number of secondary batteries are connected in series and in parallel is used for purposes such as driving a vehicle. An example of such a power supply device is shown in the exploded perspective view of FIG. In the power supply device shown in this figure, a large number of rectangular
二次電池セルは、充電や放電を繰り返すと膨張する。また、電池の劣化によっても膨張が生じる。特に近年は要求される電池の高容量化に伴い、充放電や劣化に伴う電池の膨張が問題になる傾向があり、これに応じて二次電池セルの積層体を拘束しているエンドプレートに大きな負荷がかかるという問題が顕著になっている。このため、エンドプレートの剛性を高めることが求められている。一方で、例えば車載用の電源装置においては軽量化が求められており、軽量化と剛性の向上という相反する特性が要求される。このため従来のエンドプレートでは、比較的軽量で剛性の高い、アルミニウム合金(ADC12)をダイキャスト成形して作成されていた(例えば特許文献1)。 The secondary battery cell expands when it is repeatedly charged and discharged. Further, expansion occurs due to deterioration of the battery. In recent years, with the increase in required battery capacity, there is a tendency for the battery to expand due to charge / discharge and deterioration, and the end plate that restrains the stack of secondary battery cells accordingly. The problem that a large load is applied is remarkable. For this reason, it is required to increase the rigidity of the end plate. On the other hand, for example, in-vehicle power supply devices are required to be reduced in weight, and conflicting characteristics such as reduction in weight and improvement in rigidity are required. For this reason, the conventional end plate is produced by die-casting an aluminum alloy (ADC12) that is relatively light and highly rigid (for example, Patent Document 1).
しかしながら、アルミニウム合金のダイキャスト成形を行う場合、鋳巣と呼ばれる空隙や欠陥が形成されることがある。鋳巣が形成されたエンドプレートに対して、更に剛性を高めるために熱処理をすると、鋳巣に起因してエンドプレートの強度が部分的に低下し、破損する可能性があった。このため従来は、強度が求められるアルミニウム合金製のエンドプレートに対して熱処理を行うことができず、この結果、エンドプレートの強度をそれ程高くすることができなかった。 However, when performing die casting of an aluminum alloy, voids and defects called castings may be formed. When heat treatment is performed to further increase the rigidity of the end plate in which the cast hole is formed, the strength of the end plate is partially reduced due to the cast hole and may be damaged. For this reason, conventionally, heat treatment cannot be performed on an end plate made of an aluminum alloy that requires strength, and as a result, the strength of the end plate cannot be increased so much.
これに対して、エンドプレートを押出成形で形成することで強度を高めることが考えられる。しかしながら、押出成形の場合は寸法精度が高くないため、エンドプレートの成形後に後加工が必要となって、製造コストが高騰するという問題があった。 On the other hand, it is conceivable to increase the strength by forming the end plate by extrusion molding. However, in the case of extrusion molding, since the dimensional accuracy is not high, there is a problem that post-processing is required after the end plate is formed, and the manufacturing cost is increased.
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、アルミニウム合金製のエンドプレートの強度を高めた電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a background. An object of the present invention is to provide a power supply device in which the strength of an end plate made of an aluminum alloy is increased.
本発明の第1の形態に係る電源装置によれば、複数の角形の二次電池セルと、前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、前記エンドプレート同士を締結する締結部材とを備える電源装置であって、前記エンドプレートは、アルミニウム合金製で、その一部に鋳巣の発生を抑制するための鋳巣抑制機構を備えることができる。上記構成により、アルミニウム合金製のエンドプレートをダイキャスト成型する際に空隙などの鋳巣が発生することが抑制され、これによるエンドプレートの強度低下を回避でき信頼性を高めた電源装置が実現される。 According to the power supply device of the first embodiment of the present invention, a plurality of rectangular secondary battery cells, and a plate-like end plate respectively disposed on a pair of end surfaces in a state where the secondary battery cells are stacked. A power supply device including a fastening member for fastening the end plates to each other, wherein the end plate is made of an aluminum alloy and includes a cast hole suppressing mechanism for suppressing the generation of a cast hole in a part thereof. it can. With the above configuration, the generation of voids and other voids when die-casting an aluminum alloy end plate is suppressed, and a reduction in the strength of the end plate due to this can be avoided, and a power supply device with improved reliability is realized. The
また、第2の形態に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、前記鋳巣抑制機構が、前記エンドプレートの平均厚さを薄くしてなる構成とできる。 Moreover, according to the power supply device which concerns on a 2nd form, in addition to the said structure, the said cast hole suppression mechanism can be set as the structure formed by making the average thickness of the said end plate thin.
さらに、第3の形態に係る電源装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記鋳巣抑制機構が、前記エンドプレートに設けられた、該エンドプレートを固定するボルトを挿入するための貫通孔と、前記貫通孔に隣接するよう配置された、肉厚を相対的に薄くした薄肉部とで構成できる。上記構成により、貫通孔に隣接して薄肉部を形成したことで、負荷のかかる貫通孔の部分の厚さが厚くなることを避け、鋳巣の形成を防止することができ、もってエンドプレートの破損を抑制できる。 Furthermore, according to the power supply device according to the third aspect, in addition to any one of the above-described configurations, the cast hole suppression mechanism is provided for inserting a bolt provided on the end plate and fixing the end plate. It can be comprised by the through-hole and the thin part which was arrange | positioned adjacent to the said through-hole, and made thickness relatively thin. With the above configuration, by forming the thin portion adjacent to the through hole, it is possible to avoid the increase in the thickness of the portion of the through hole where the load is applied, and to prevent the formation of the cast hole. Damage can be suppressed.
さらにまた、第4の形態に係る電源装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記薄肉部にリブを形成することができる。上記構成により、薄肉部として鋳巣の形成を抑制しつつ、リブで補強して強度の低下も回避できる。 Furthermore, according to the power supply device which concerns on a 4th form, in addition to any one of the said structures, a rib can be formed in the said thin part. With the above configuration, it is possible to prevent a decrease in strength by reinforcing with ribs while suppressing formation of a cast hole as a thin portion.
さらにまた、第5の形態に係る電源装置によれば、複数の角形の二次電池セルと、前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、前記エンドプレート同士を締結する締結部材とを備える電源装置であって、前記エンドプレートを、アルミニウム合金製の熱処理型合金で構成することができる。 Furthermore, according to the power supply device according to the fifth embodiment, a plurality of rectangular secondary battery cells, and a plate-like end plate respectively disposed on a pair of end surfaces in a state where the secondary battery cells are stacked. A power supply device including a fastening member for fastening the end plates to each other, wherein the end plate can be made of a heat-treatable alloy made of an aluminum alloy.
さらにまた、第6の形態に係る電源装置によれば、複数の角形の二次電池セルと、前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、前記エンドプレート同士を締結する締結部材とを備える電源装置であって、前記エンドプレートは、アルミニウム合金製で、その表面に、内部よりも硬度の高い保護層を設けることができる。上記構成により、アルミニウム合金製のエンドプレート表面を堅くして螺合等の締結部分での経年劣化を防ぎつつ、内部の硬度を相対的に低くすることで粘性を持たせて、エンドプレート全体の剛性を高めることができる。 Furthermore, according to the power supply device of the sixth embodiment, a plurality of rectangular secondary battery cells, and a plate-like end plate respectively disposed on a pair of end surfaces in a state where the secondary battery cells are stacked. A power supply device including a fastening member for fastening the end plates to each other, wherein the end plate is made of an aluminum alloy, and a protective layer having higher hardness than the inside can be provided on the surface thereof. With the above structure, the end plate surface made of aluminum alloy is hardened to prevent deterioration over time at the fastening part such as screwing, and the internal hardness is relatively lowered to give viscosity to the entire end plate. Stiffness can be increased.
さらにまた、第7の形態に係る電源装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記保護層が、アルミニウム合金の腐食を防止する耐腐食性を備えることができる。 Furthermore, according to the power supply device which concerns on a 7th form, in addition to any one of the said structures, the said protective layer can be equipped with the corrosion resistance which prevents the corrosion of an aluminum alloy.
さらにまた、第8の形態に係る電源装置によれば、複数の角形の二次電池セルと、前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、前記エンドプレート同士を締結する締結部材とを備える電源装置であって、前記エンドプレートは、アルミニウム合金製で、その表面に、腐食を抑制するための腐食抑制層を設けることができる。上記構成により、アルミニウム合金製のエンドプレート表面の腐食を腐食抑制層でもって阻止できる。特にアルミニウム合金は熱伝導性に優れ、温度差によって結露が生じ易いところ、腐食は結露した表面から進行するため、最も腐食し易い表面を腐食抑制層で保護することによって効果的に抑制できる。 Furthermore, according to the power supply device of the eighth embodiment, a plurality of rectangular secondary battery cells, and a plate-like end plate respectively disposed on a pair of end surfaces in a state where the secondary battery cells are stacked. A power supply device including a fastening member for fastening the end plates to each other, wherein the end plate is made of an aluminum alloy, and a corrosion inhibiting layer for inhibiting corrosion can be provided on the surface thereof. With the above configuration, the corrosion of the end plate surface made of aluminum alloy can be prevented by the corrosion suppression layer. In particular, aluminum alloys are excellent in thermal conductivity, and condensation is likely to occur due to a temperature difference. Since corrosion proceeds from the condensed surface, it can be effectively suppressed by protecting the most corroded surface with a corrosion inhibiting layer.
さらにまた、第9の形態に係る電源装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記エンドプレートを、熱処理されたアルミニウム合金製とすることができる。上記構成により、アルミニウム合金製エンドプレートを熱処理して強度を高めても鋳巣の発生が抑制される。 Furthermore, according to the power supply device according to the ninth aspect, in addition to any of the above-described configurations, the end plate can be made of a heat-treated aluminum alloy. With the above-described configuration, even if the aluminum alloy end plate is heat-treated to increase the strength, the occurrence of a cast hole is suppressed.
さらにまた、第10の形態に係る電源装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記エンドプレートを、ダイキャスト製のアルミニウム合金とすることできる。上記構成により、アルミニウム合金製エンドプレートを熱処理して強度を高めても鋳巣の発生が抑制される。 Furthermore, according to the power supply device which concerns on a 10th form, in addition to any one of the said structures, the said end plate can be made from die-cast aluminum alloy. With the above-described configuration, even if the aluminum alloy end plate is heat-treated to increase the strength, the occurrence of a cast hole is suppressed.
さらにまた、第11の形態に係る電源装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、車両の駆動用の電源装置に利用することができる。 Furthermore, according to the power supply device which concerns on an 11th form, in addition to any one of the said structures, it can utilize for the power supply device for a vehicle drive.
さらにまた、第12の形態に係る車両によれば、上記いずれかの構成に係る電源装置を含むことができる。 Furthermore, the vehicle according to the twelfth aspect can include the power supply device according to any one of the above-described configurations.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is an example for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. Moreover, this specification does not specify the member shown by the claim as the member of embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specifically described. Only. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and reference sign indicate the same or the same members, and detailed description will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
(Embodiment 1)
本発明の実施形態1に係る電源装置100の斜視図を図1に、その分解斜視図を図2に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置100は、複数の二次電池セル1を積層している電池積層体2と、この電池積層体2の両端に配置された一対のエンドプレート3と、一対のエンドプレート3に両端が連結されて、電池積層体2を締結する一対の締結部材4とを備えている。さらに、電源装置100は、締結部材4が、電池積層体2の側面に沿って配置される本体部40と、この本体部40の両端で折曲されて、エンドプレート3の外側面に固定される固定部41とを備えている。
(二次電池セル1)
FIG. 1 is a perspective view of a
(Secondary battery cell 1)
二次電池セル1は、図2に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。二次電池セル1はリチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。二次電池セル1は、密閉構造の外装缶に正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板で気密に密閉している。封口板は、外装缶と同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子11を固定している。さらに、封口板は、正負の電極端子11の間に、ガス排出弁15を設けている。
As shown in FIG. 2, the
複数の二次電池セル1は、各二次電池セル1の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体2を構成している。二次電池セル1は、正負の電極端子11を設けている端子面10を同一平面に配置して、複数の二次電池セル1を積層して電池積層体2としている。
(電池積層体2)
The plurality of
(Battery stack 2)
電池積層体2は、図2に示すように、積層している二次電池セル1の間に絶縁スペーサ12を挟着している。図の絶縁スペーサ12は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示す絶縁スペーサ12は、二次電池セル1の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状としており、この絶縁スペーサ12を互いに隣接する二次電池セル1の間に積層して、隣接する二次電池セル1同士を絶縁している。なお、隣接する二次電池セル1間に配置されるスペーサとしては、二次電池セル1とスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることもできる。また、二次電池セル1の表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばPET樹脂等のシュリンクチューブで二次電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。この場合は、絶縁スペーサを省略してもよい。
As shown in FIG. 2, the
電池積層体2は、隣接する二次電池セル1の正負の電極端子11に金属製のバスバー(図示せず)が接続されて、バスバーでもって複数の二次電池セル1を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体2は、12個の二次電池セル1を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する二次電池セル1の個数とその接続状態を特定しない。
(端面スペーサ13)
In the
(End face spacer 13)
電池積層体2は、両端面に端面スペーサ13を挟んでエンドプレート3を配置している。端面スペーサ13は、図2に示すように、電池積層体2とエンドプレート3との間に配置されてエンドプレート3を電池積層体2から絶縁する。端面スペーサ13は、樹脂等の絶縁材で、薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示す端面スペーサ13は、二次電池セル1の対向面全体をカバーできる大きさのプレート部13Xを備えており、このプレート部13Xを電池積層体2の両端に配置された二次電池セル1とエンドプレート3との間に積層している。
In the
さらに、図2の端面スペーサ13は、二次電池セル1の端子面10をカバーする端子面カバー部13Aを、プレート部13Xの上端縁に連結して設けている。図2の端面スペーサ13は、プレート部13Xの上端縁の全体にわたって、二次電池セル1側に突出する端子面カバー部13Aを設けている。このように、プレート部13Xの上端縁の全体にわたって端子面カバー部13Aを設ける構造は、エンドプレート3と電池積層体2との絶縁距離を確保しながら、二次電池セル1の上面である端子面10を確実にカバーして絶縁特性を向上できる。
(エンドプレート3)
Furthermore, the
(End plate 3)
エンドプレート3は、図1と図2に示すように、電池積層体2の両端に配置されると共に、電池積層体2の両側面に沿って配置される締結部材4を介して締結される。エンドプレート3は、電池積層体2の二次電池セル1の積層方向における両端であって、端面スペーサ13の外側に配置されて電池積層体2を両端から挟着している。エンドプレート3は、アルミニウム合金製としている。アルミニウム合金としては、Al−Cu−Mg系、Al−Cu−Ni−Mg系、Al−Cu−Si系、Al−Si−Mg系、Al−Si−Cu系、Al−Si−Cu−Mg系、Al−Si−Cu−Ni−Mg系等が利用できる。このアルミニウム合金製のエンドプレート3は、熱処理型合金である。またアルミニウム合金製のエンドプレート3は、後述する通りダイキャストで成型される。またアルミニウム合金製のエンドプレート3は、後述する通り、溶体化処理、焼入れ及び時効熱処理等を含む熱処理によって調質されることが好ましい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
エンドプレート3は、外形を四角形としており、電池積層体2の端面に対向して配置されている。図1と図2に示すエンドプレート3は、二次電池セル1の外形とほぼ等しい外形としている。ずなわち、図に示すエンドプレート3は、左右方向の幅を二次電池セル1の幅と等しくすると共に、上下方向の高さを二次電池セル1の高さと等しくしている。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、電池の積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。
The
さらに、図2に示すエンドプレート3は、エンドプレート3を固定するための貫通孔を複数形成している。例えばエンドプレート3は、締結部材4の固定部41を固定する留め具19を挿入するための第一貫通孔33を有している。図に示すエンドプレート3は、第一貫通孔33として、複数の貫通孔を開口している。図のエンドプレート3は、両側部であって固定部41と対向する位置に、上下に離して複数の第一貫通孔33を設けている。図2のエンドプレート3は、両側に沿って3個ずつ、全体で6個の第一貫通孔33を設けている。このエンドプレート3は、外周面に配置される固定部41を貫通する留め具19が第一貫通孔33に挿入される。第一貫通孔33に挿入された留め具19は、第一貫通孔33に固定されて固定部41を定位置に固定する。
Further, the
さらにエンドプレート3は、第一貫通孔33とは異なる第二貫通孔34として、電源装置を固定部位(例えば車載用の電源装置においては、車両)に固定するボルトを挿入するための貫通孔を形成している。第二貫通孔34は、エンドプレート3の上面において両端に縦穴として貫通されている。
(留め具19)
Further, the
(Fastener 19)
留め具19は、第一貫通孔33に抜けないように固定される。このような留め具19として、止ネジやボルト、リベット等が使用できる。止ネジやボルトである留め具は、第一貫通孔33に挿入する際に、第一貫通孔33に螺合して固定される。したがって、止ネジやボルトである留め具が固定される第一貫通孔33は、内面に止ネジやボルトの雄ネジと噛み合う雌ネジを設けることができる。また、リベットである留め具は、固定部を貫通する状態でエンドプレート3の第一貫通孔33に挿入されると共に、第一貫通孔33の内部において一端がかしめられてエンドプレート3と固定部とを固定する。リベットである留め具は、エンドプレート3の第一貫通孔33の内部で形成されるカシメ部によって、エンドプレート3の第一貫通孔33と固定部の貫通孔の開口縁部とを挟着して、固定部をエンドプレート3に固定する。リベットが挿入される第一貫通孔33は、外側面の開口面積を小さくしてリベットの頭部を通過できない内形とすると共に、反対側である対向面側の開口面積を大きくして、リベットを変形させて形成されるカシメ部を内部に配置できる構造とすることができる。
(締結部材4)
The
(Fastening member 4)
締結部材4は、図1と図2に示すように、電池積層体2の積層方向に延長されており、両端が電池積層体2の両端面に配置されたエンドプレート3に固定されて、このエンドプレート3を介して電池積層体2を積層方向に締結している。締結部材4は、電池積層体2の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板で、電池積層体2の両側面に対向して配置されている。この締結部材4には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材4は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
締結部材4は、電池積層体2の側面に沿って配置される本体部40と、この本体部40の両端で折曲されて、エンドプレート3の外側面に固定される固定部41とを備えている。本体部40は、電池積層体2と、その両端に配置されるエンドプレート3のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図1に示す本体部40は、電池積層体2の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、本体部40は、1以上の開口部を設けて、電池積層体の側面の一部を表出させることもできる。締結部材4は、両端を一対のエンドプレート3に固定するために、その両端部をエンドプレート3の外側面に沿うように折曲加工して固定部41を設けている。図に示す固定部41は、本体部40及びエンドプレート3の上下方向の高さとほぼ等しくして、エンドプレート3の左右の両側部を被覆している。この締結部材4は、固定部41の先端に設けた貫通孔42に挿入される留め具19を介してエンドプレート3に固定される。さらに、図に示す締結部材4は、本体部40の両端部を除く中間部分の上端部に沿って、電池積層体2の上面及び下面を保持する折曲部44を備えている。折曲部44は、電池積層体2を構成する二次電池セル1の上面及び下面を保持して、各二次電池セル1の端子面10の位置が上下にずれるのを抑制している。
The
なお、締結部材4は、図示しないが、本体部40と折曲部44の内面に絶縁シートを配置して、この絶縁シートにより、電池積層体2の二次電池セル1と締結部材4とを絶縁することができる。さらに、締結部材4は、図示しないが、本体部40の両端部の内面に緩衝材を配置して、エンドプレート3の両側面を振動等の衝撃から保護することもできる。
(鋳巣抑制機構)
In addition, although the
(Cavity control mechanism)
エンドプレート3の一例を図3の斜視図、及び図4Aの正面図、図4Bの平面図、図4Cの側面図に、それぞれ示す。これらの図に示すエンドプレート3は、鋳巣の発生を抑制するための鋳巣抑制機構を一部に設けている。鋳巣抑制機構は、アルミニウム合金製のエンドプレート3をダイキャスト成型する際に空隙などの鋳巣が発生することを抑制するための機構である。このような鋳巣抑制機構として、例えばエンドプレート3の平均厚さを薄くする。すなわち、エンドプレートの成型時に厚い部分があると、空隙や欠陥が形成され易くなる。そこで、エンドプレートの厚さが厚くならないように、空隙や窪みを形成する。この際、エンドプレート3を固定するための貫通孔を利用し、貫通孔を形成することでエンドプレート3を部分的に肉薄として、固定のための貫通孔の形成と鋳巣抑制機構とを共通化できる。
(中実領域31)
An example of the
(Solid area 31)
図3及び図4A〜図4Cに示す例では、エンドプレート3の両側にそれぞれ中実領域31を形成しており、左右に離間して配置された中実領域31を中間領域32で接続している。これら一対の中実領域31と中間領域32は、一体に成型されている。各中実領域31は、端縁側において垂直方向に貫通する第二貫通孔34を形成している。また中間領域32に面する側には、水平方向に貫通された第一貫通孔33を複数、垂直方向に離間させて形成している。図3、図4Aの例では、各中実領域31に一直線上に等間隔に並ぶように3箇所に第一貫通孔33が形成されている。これにより、中実領域31の端縁側は第二貫通孔34で、中間領域32に面する側は第一貫通孔33でもって、肉厚の部位が連続して存在することを避け、もって鋳巣の発生を抑制している。
In the example shown in FIG. 3 and FIGS. 4A to 4C,
さらに、中実領域31を部分的にくり抜いたり切り欠くなどして、肉厚の部分を一層低減するようにしてもよい。図3、図4Aの例では、端縁側の中間に矩形状に切り欠いた窓部35を形成している。このような追加の切り欠き部分を設けることで、鋳巣の発生をさらに抑制できる。加えて、エンドプレート3の軽量化や材料コストの低減にも寄与できる。
(中間領域32)
Furthermore, the
(Intermediate region 32)
一方、離間された中実部分同士を繋ぐ中間領域32は、中実領域31よりも薄い板状の薄肉部36としつつ、補強のためのリブ37を形成することができる。このようにすることで、中間部分が肉厚になることを避けつつも、部分的にリブ37を設けることで強度を発揮できる。リブ37は、十字状やX字状に交差させて形成することが好ましい。図3、図4Aの例では、中実領域31と略平行な1枚の縦リブ37aと、この縦リブ37aと略直交させた3枚の横リブ37bを設けている。各縦リブ37a、横リブ37bの厚さは、中実領域31の厚さとほぼ等しくする。また、ねじ穴などを設けるために、一部のリブを肉厚に形成してもよい。図3、図4Aの例では、最上部の横リブ37cを、他の横リブ37bよりも厚く形成し、端面側に開口させたねじ穴38a及び切り欠き部38bを形成している。さらに上面側に、端面スペーサ13と嵌合するための嵌合穴39を形成している。このような嵌合穴39やねじ穴38a、切り欠き部38bを形成することでも、エンドプレート3の肉厚部分を低減して鋳巣の発生を抑制することが可能となり、鋳巣抑制機構として機能させることができる。嵌合穴39は、端面スペーサ13に設けた嵌合部を嵌合できる形状及び大きさで、嵌合部と対応する部位に形成される。
On the other hand, a
このように鋳巣抑制機構は、エンドプレート3の肉厚部分を極力少なくすることで達成される。その一方で、エンドプレートの肉厚を全体に薄くしてしまうと、これに応じてエンドプレートの強度が低下してしまう。よってエンドプレートの強度の発揮と鋳巣の抑制とは相反する特性となる。そこで、エンドプレートの強度の低下を維持しつつも、鋳巣を抑制するよう、本実施の形態においてはエンドプレートの全体の肉厚を薄くするのでなく、肉厚を保ったまま、肉厚の厚い部分、いいかえると中実の部分が連続して塊状に存在することを避けるように、貫通孔と肉薄部を設けている。また肉薄部にはリブを設けることで、エンドプレートの強度の低下を回避しつつも、鋳巣の発生を抑制することができる。また、鋳巣の発生を抑制することで、アルミニウム合金製のエンドプレートに対し後述する熱処理を行うことが可能となり、エンドプレートの耐力をさらに向上させることができるようになる。
As described above, the cast hole suppressing mechanism is achieved by reducing the thickness portion of the
また別の観点から、エンドプレートの肉厚部分が連続することを防ぐため、図5のエンドプレートの肉厚の分布を示すグラフのように、エンドプレートの厚さの分布の標準偏差を30以下とすることが好ましい。
(エンドプレートの製造方法)
From another point of view, in order to prevent the thickness portion of the end plate from continuing, the standard deviation of the thickness distribution of the end plate is 30 or less as shown in the graph showing the thickness distribution of the end plate in FIG. It is preferable that
(End plate manufacturing method)
次に、アルミニウム合金製のエンドプレートをダイキャストで形成する製造方法を図6のフローチャートに基づいて説明する。まず予めエンドプレートの形状を設計し、これに応じた金型を設計しておく。具体的には、上述の通り鋳巣の発生を抑制する鋳巣抑制機構を備えたエンドプレートの形状を予め選択し、これに応じたダイキャスト用の金型を特殊鋼等で作成する。このように準備された状態で、ステップS1において、ダイキャストを行う。ここでは、アルミニウム合金を溶融したものを、圧力によって金型に圧し込む。 Next, the manufacturing method which forms the end plate made from an aluminum alloy by die-casting is demonstrated based on the flowchart of FIG. First, the shape of the end plate is designed in advance, and a mold corresponding to this is designed. Specifically, as described above, the shape of the end plate provided with a cast hole suppressing mechanism that suppresses the occurrence of a cast hole is selected in advance, and a die casting die corresponding to this is made of special steel or the like. In such a prepared state, die casting is performed in step S1. Here, a molten aluminum alloy is pressed into a mold by pressure.
次にステップS2において、溶体化処理を行う。ここでは高温でアルミニウム合金を均一状態にするため、所定の温度に一定時間保持する。一定温度に達するまでの加熱速度に応じて、均一固溶体となるまでの時間は異なる。 Next, in step S2, solution treatment is performed. Here, in order to make the aluminum alloy uniform at a high temperature, the aluminum alloy is held at a predetermined temperature for a certain time. Depending on the heating rate until reaching a certain temperature, the time until it becomes a uniform solid solution varies.
さらにステップS3において、焼入れを行う。焼入れは、均一固溶体となったアルミニウム合金を、高温から、原子の移動すなわち拡散する時間的余裕のない程の速さで冷却する工程である。常温では固溶度の高いままの合金(固溶限以上に固溶した合金)であって、このような状態を過飽和固溶体という。冷却速度を速くすることは重要であるものの、一方において急激な冷却によって熱ひずみや寸法変化などが生ずる場合があるので、油焼入れや沸騰水中に焼入れるなどの処理を行う。 Further, in step S3, quenching is performed. Quenching is a process in which an aluminum alloy that has become a uniform solid solution is cooled from a high temperature at a speed that does not allow time for movement or diffusion of atoms. It is an alloy that remains highly soluble at room temperature (an alloy that is more than the solid solubility limit), and such a state is called a supersaturated solid solution. Although it is important to increase the cooling rate, on the other hand, rapid cooling may cause thermal distortion, dimensional change, etc., and therefore, treatment such as oil quenching or quenching in boiling water is performed.
最後にステップS4において時効熱処理を行う。時効とは、時間の経過と共に諸性質が変化する現象である。常温や室温での時効は、常温時効や自然時効と呼ばれる。常温以上のある温度に加熱保持する場合は、高温時効や人工時効、焼もどし時効等と呼ばれる。時効により、アルミニウム合金の内部構造を変化させる。特に、時効硬化によって硬さや強さを増大させる。時効硬化は析出物の形成に起因し、析出により形成される微視的組織(ナノ析出相)と転位との相互作用によるものと思われる。
(実施形態2)
Finally, an aging heat treatment is performed in step S4. Aging is a phenomenon in which properties change over time. Aging at room temperature or room temperature is called normal aging or natural aging. When heated and held at a temperature above room temperature, it is called high temperature aging, artificial aging, tempering aging, or the like. Aging changes the internal structure of the aluminum alloy. In particular, the hardness and strength are increased by age hardening. Age hardening is attributed to the formation of precipitates and is thought to be due to the interaction between the microscopic structure (nanoprecipitation phase) formed by precipitation and dislocations.
(Embodiment 2)
さらに、以上の熱処理によって、アルミニウム合金製のエンドプレートの表面に、内部よりも硬度の高い保護層を設けることもできる。このようにすることで、エンドプレート表面に形成される螺合等の締結部分での経年劣化を防ぎつつ、内部の硬度を相対的に低くすることで脆性を持たせて、エンドプレート全体の剛性を高めることができる。すなわち、全体の硬度を高めると却って脆くなってしまい、外部からの衝撃によって破損する可能性があることから、表面領域の硬度を高めた保護層としつつも、内部は硬度を意図的に抑えることで粘性を高め、耐衝撃性を高めることが可能となる。 Furthermore, a protective layer having higher hardness than the inside can be provided on the surface of the end plate made of aluminum alloy by the above heat treatment. By doing so, the internal plate is made brittle by making the internal hardness relatively low while preventing aging deterioration at the fastening part such as screwing formed on the surface of the end plate. Can be increased. In other words, if the overall hardness is increased, it becomes brittle and may be damaged by an external impact. Therefore, while maintaining a protective layer with increased surface area hardness, the inside should be intentionally suppressed. It is possible to increase the viscosity and improve the impact resistance.
またエンドプレートの表面の全面に保護層を設けることで、例えば貫通孔に設けたねじ山が摩耗することを抑制して、螺合の際に締め付けトルクを高めることができ、もって電源装置の信頼性の向上に寄与できる。 Further, by providing a protective layer over the entire surface of the end plate, for example, it is possible to suppress the wear of the thread provided in the through hole, and to increase the tightening torque at the time of screwing. It can contribute to the improvement of sex.
さらに保護層を設けたことで曲げ強度が強くなり、エンドプレートで挟持した二次電池セル1の膨張によって負荷が印加されても、表面部分が変形して亀裂が生じて破断する事態を保護層によって抑制できる。
Further, by providing a protective layer, the bending strength is increased, and even when a load is applied due to the expansion of the
なお、保護層は、アルミニウム合金製エンドプレートの表面において硬度の高い領域が形成されておれば足り、保護層と他の部分とを区別する明確な境界線があることを要しない。すなわち、上述した熱処理によってアルミニウム合金の表面に硬度の高い領域が形成されている状態を含む。 The protective layer only needs to have a region with high hardness on the surface of the aluminum alloy end plate, and does not require a clear boundary line for distinguishing the protective layer from other portions. That is, it includes a state in which a region having high hardness is formed on the surface of the aluminum alloy by the heat treatment described above.
また保護層が、アルミニウム合金の腐食を防止する耐腐食性を備えていることも好ましい。これにより、経年劣化に対する耐性の優れたエンドプレートを構成できる。
(実施形態3)
It is also preferred that the protective layer has corrosion resistance that prevents corrosion of the aluminum alloy. Thereby, the end plate excellent in resistance to aging can be configured.
(Embodiment 3)
さらにまた、アルミニウム合金製のエンドプレートの表面に、腐食を抑制するための腐食抑制層を設けることもできる。特にアルミニウム合金は熱伝導性に優れ、温度差によって結露が生じ易いところ、腐食は結露した表面から進行するため、最も腐食し易い表面を腐食抑制層で保護することによって効果的に抑制できる。また、エンドプレート3と接触する拘束部材4は、鋼で形成されることが多いが、エンドプレート3の表面を腐食抑制層で保護することで、異種金属間でのイオン化が抑制され、エンドプレート3の腐食を効果的に防止できる。
Furthermore, a corrosion inhibiting layer for inhibiting corrosion can be provided on the surface of the end plate made of aluminum alloy. In particular, aluminum alloys are excellent in thermal conductivity, and condensation is likely to occur due to a temperature difference. Since corrosion proceeds from the condensed surface, it can be effectively suppressed by protecting the most corroded surface with a corrosion inhibiting layer. The
このように、エンドプレートの軽量化と剛性の向上に寄与できる。この結果、エンドプレートの強度低下を回避でき、信頼性を高めた電源装置が実現される。 Thus, it can contribute to weight reduction and rigidity improvement of the end plate. As a result, it is possible to avoid a decrease in the strength of the end plate and to realize a power supply device with improved reliability.
以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置100を構築した例として説明する。
(ハイブリッド車用電源装置)
The above power supply apparatus can be used as a vehicle-mounted power supply. As a vehicle equipped with a power supply device, an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used, and it is used as a power source for these vehicles. . In order to obtain electric power for driving the vehicle, an example will be described in which a large-capacity, high-output
(Power supply for hybrid vehicles)
図7に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両HVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、これらのエンジン96及び走行用のモータ93で駆動される車輪97と、モータ93に電力を供給する電源装置100と、電源装置100の電池を充電する発電機94とを備えている。電源装置100は、DC/ACインバータ95を介してモータ93と発電機94に接続している。車両HVは、電源装置100の電池を充放電しながらモータ93とエンジン96の両方で走行する。モータ93は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ93は、電源装置100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、エンジン96で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置100の電池を充電する。
(電気自動車用電源装置)
FIG. 7 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor. A vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes a vehicle
(Power supply for electric vehicles)
また図8に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両EVは、車両EVを走行させる走行用のモータ93と、このモータ93に電力を供給する電源装置100と、この電源装置100の電池を充電する発電機94とを備えている。モータ93は、電源装置100から電力が供給されて駆動する。発電機94は、車両EVを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置100の電池を充電する。
FIG. 8 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor. A vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure includes a traveling
本発明に係る電源装置及びこれを備える車両並びに電源装置の製造方法は、EV走行モードとHEV走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。 A power supply apparatus according to the present invention, a vehicle including the power supply apparatus, and a method for manufacturing the power supply apparatus are provided as a power supply apparatus for a plug-in hybrid electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an electric vehicle, or the like that can switch between an EV traveling mode and an HEV traveling mode. It can be suitably used. Also, a backup power supply device that can be mounted on a rack of a computer server, a backup power supply device for a wireless base station such as a mobile phone, a power storage device for home use and a factory, a power supply for a street light, etc. Also, it can be used as appropriate for applications such as a backup power source such as a traffic light.
1…二次電池セル
2…電池積層体
3…エンドプレート
4…締結部材
10…端子面
11…電極端子
12…絶縁スペーサ
13…端面スペーサ
13X…プレート部
13A…端子面カバー部
15…ガス排出弁
19…留め具
31…中実領域
32…中間領域
33…第一貫通孔
34…第二貫通孔
35…窓部
36…薄肉部
37…リブ;37a…縦リブ;37b…横リブ;37c…最上部の横リブ
38a…ねじ穴;38b…切り欠き部
39…嵌合穴
40…本体部
41…固定部
42…貫通孔
44…折曲部
91…車両本体
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
97…車輪
100…電源装置
901…二次電池セル
902…スペーサ
903…エンドプレート
904…バインドバー
HV…車両
EV…車両
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、
前記エンドプレート同士を締結する締結部材と
を備える電源装置であって、
前記エンドプレートは、アルミニウム合金製で、その一部に鋳巣の発生を抑制するための鋳巣抑制機構を備えてなる電源装置。 A plurality of rectangular secondary battery cells;
In the state where the secondary battery cells are stacked, a plate-shaped end plate disposed on each of a pair of end surfaces;
A power supply device comprising a fastening member for fastening the end plates together,
The end plate is made of an aluminum alloy, and a power supply device including a cast hole suppressing mechanism for suppressing generation of a cast hole in a part thereof.
前記鋳巣抑制機構が、前記エンドプレートの平均厚さを薄くしてなる構成である電源装置。 The power supply device according to claim 1,
The power supply device, wherein the cast hole suppression mechanism is configured to reduce an average thickness of the end plate.
前記鋳巣抑制機構が、前記エンドプレートに設けられた、
該エンドプレートを固定するボルトを挿入するための貫通孔と、
前記貫通孔に隣接するよう配置された、肉厚を相対的に薄くした薄肉部と
で構成されてなる電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2,
The cast hole suppression mechanism is provided on the end plate,
A through hole for inserting a bolt for fixing the end plate;
A power supply device comprising a thin portion having a relatively thin wall thickness disposed adjacent to the through hole.
前記薄肉部にリブが形成されてなる電源装置。 The power supply device according to claim 3,
A power supply device in which a rib is formed on the thin portion.
前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、
前記エンドプレート同士を締結する締結部材と
を備える電源装置であって、
前記エンドプレートは、アルミニウム合金製の熱処理型合金で構成してなる電源装置。 A plurality of rectangular secondary battery cells;
In the state where the secondary battery cells are stacked, a plate-shaped end plate disposed on each of a pair of end surfaces;
A power supply device comprising a fastening member for fastening the end plates together,
The said end plate is a power supply device comprised by the heat processing type alloy made from an aluminum alloy.
前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、
前記エンドプレート同士を締結する締結部材と
を備える電源装置であって、
前記エンドプレートは、アルミニウム合金製で、その表面に、内部よりも硬度の高い保護層を設けてなる電源装置。 A plurality of rectangular secondary battery cells;
In the state where the secondary battery cells are stacked, a plate-shaped end plate disposed on each of a pair of end surfaces;
A power supply device comprising a fastening member for fastening the end plates together,
The end plate is made of an aluminum alloy, and a power supply device in which a protective layer having a higher hardness than the inside is provided on the surface of the end plate.
前記保護層が、アルミニウム合金の腐食を防止する耐腐食性を備えてなる電源装置。 The power supply device according to claim 6,
The power supply apparatus in which the said protective layer is equipped with the corrosion resistance which prevents the corrosion of an aluminum alloy.
前記二次電池セルを積層した状態で、一対の端面にそれぞれ配置される板状のエンドプレートと、
前記エンドプレート同士を締結する締結部材と
を備える電源装置であって、
前記エンドプレートは、アルミニウム合金製で、その表面に、腐食を抑制するための腐食抑制層を設けてなる電源装置。 A plurality of rectangular secondary battery cells;
In the state where the secondary battery cells are stacked, a plate-shaped end plate disposed on each of a pair of end surfaces;
A power supply device comprising a fastening member for fastening the end plates together,
The said end plate is an aluminum alloy, The power supply device which provides the corrosion suppression layer for suppressing corrosion on the surface.
前記エンドプレートが、熱処理されたアルミニウム合金製よりなる電源装置。 It is a power supply device as described in any one of Claims 1-8,
A power supply device in which the end plate is made of a heat-treated aluminum alloy.
前記エンドプレートが、ダイキャスト製のアルミニウム合金よりなる電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 9,
The power supply device in which the end plate is made of a die-cast aluminum alloy.
車両の駆動用の電源装置である電源装置。 It is a power supply device as described in any one of Claims 1-10,
A power supply device that is a power supply device for driving a vehicle.
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JP2016214454A JP2018073705A (en) | 2016-11-01 | 2016-11-01 | Electric power unit and vehicle including the same and manufacturing method of electric power unit |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020196189A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Gsユアサ | Electricity storage device |
US11765829B2 (en) | 2019-01-07 | 2023-09-19 | Japan Display Inc. | Display device and electronic device |
-
2016
- 2016-11-01 JP JP2016214454A patent/JP2018073705A/en active Pending
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WO2020196189A1 (en) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社Gsユアサ | Electricity storage device |
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