JP2020064815A - 蓄電ユニットおよび蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電ユニットの高容量化および対振動性を両立させることが可能な構成を備える、蓄電ユニットおよび蓄電装置を提供する。【解決手段】バッテリケース１０内に収容される蓄電ユニット１００であって、蓄電ユニット１００は、第１方向Ｗに配置された複数の電池セル１１６と、第１方向Ｗに配置された複数の電池セル１１６の両端にそれぞれ配置されるエンドプレート１１４と、電池セル１１６の第１方向Ｗに沿って延び、両端に配置されたエンドプレート１１４を連結する第１部材１１２と含み、第１部材１１２は、バッテリケース１０に固定される第２部材２００を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、蓄電ユニットおよび蓄電装置に関する。

従来から蓄電ユニットの構造について各種提案されている。たとえば、特開２０１３−２２２５５４号公報に記載された蓄電ユニットは、蓄電ユニットを構成する電池セルの拘束構造として、積層配置された電池セルの両端に配置されるエンドプレートと中間部に配置される中間プレートと、エンドプレートおよび中間プレートに積層状態の複数の電池セルを締結するために締結部材とを用いることで、複数の電池セルの積層体を締結する構造が開示されている。

特開２０１３−２２２５５４号公報

近年は、蓄電ユニットのさらなる高容量化が求められるようになっている。そのため、積層配置される電池セルは多いほど好ましく、中間部に配置される中間プレートを設けることは、蓄電ユニットの高容量化にとっては好ましくない。他方、中間プレートを中間部に設け、締結部材を用いて複数の電池セルを締結することで、蓄電ユニット全体としての剛性は高まり、対振動性には好ましい。中間プレートを設けない場合には、中間プレートと締結部材との結合が無くなり、蓄電ユニット全体としての剛性が低下し、対振動性の悪化が課題となる。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電ユニットの高容量化および対振動性を両立させることが可能な構成を備える、蓄電ユニットおよび蓄電装置を提供することにある。

本開示に係る蓄電ユニットは、バッテリケース内に収容される蓄電ユニットであって、上記蓄電ユニットは、第１方向に並んで配置された複数の電池セルと、上記第１方向に並んで配置された複数の上記電池セルの両端にそれぞれ配置されるエンドプレートと、上記電池セルの上記第１方向に沿って延び、両端に配置された上記エンドプレートを連結する第１部材と、含み、上記第１部材は、上記バッテリケースに固定される第２部材を有する。

本開示に係る蓄電ユニットの他の形態は、上記第２部材は、上記電池セルの上記第１方向に沿って、上記第１部材に少なくとも３箇所設けられている。

本開示に係る蓄電ユニットの他の形態は、上記第１部材は、上記第１方向に並んで配置される上記電池セルの両方の側面に沿って２つ配置され、一方の上記第１部材には、上記電池セルの上記第１方向に沿って、上記第２部材が少なくとも１箇所設けられ、他方の上記第１部材には、上記電池セルの上記第１方向に沿って、上記第２部材が少なくとも２箇所設けられている。

本開示に係る蓄電ユニットの他の形態は、上記第１部材は、上記電池セルの上記第１方向において、上記電池セルの上記側面に位置する側部と、上記側部の少なくとも一方の端部から上記電池セルの内側に向かって延びるフランジ部と、を有する。

本開示に係る蓄電ユニットの他の形態は、上記第１部材は、上記側部の両方の上記端部から上記電池セルの内側に向かって延びる一対の上記フランジ部を有する。

本開示に係る蓄電ユニットの他の形態は、上記第１部材は、上記側部の一方の上記端部から上記電池セルの上面または下面に向かって延びる上記フランジ部を有する。

本開示に係る蓄電ユニットの他の形態は、上記第１部材と上記エンドプレートとは、溶接により接合されている。

本開示に係る蓄電ユニットの他の形態は、上記バッテリケースは、梁部材を含み、上記第２部材は、上記梁部材に固定される。

本開示に係る蓄電装置は、蓄電ユニットと、上記蓄電ユニットを収容するバッテリケースとを備える、蓄電装置であって、上記蓄電ユニットは、第１方向に並んで配置された複数の電池セルと、上記第１方向に並んで配置された複数の上記電池セルの両端にそれぞれ配置されるエンドプレートと、上記電池セルの上記第１方向に沿って延び、両端に配置された上記エンドプレートを連結する第１部材と、含み、上記第１部材は、上記バッテリケースに固定される第２部材を有し、上記バッテリケースは、梁部材を含み、上記第２部材は、上記梁部材に固定されている。

本開示に係る蓄電ユニットおよび蓄電装置によれば、蓄電ユニットの高容量化および対振動性を両立させることが可能な構成を備える、蓄電ユニットおよび蓄電装置の提供を可能とする。

実施の形態１の車両を模式的に示す模式図である。 実施の形態１の蓄電装置のみを模式的に示す斜視図である。 実施の形態１の蓋を取り外した状態の蓄電装置の平面図である。 実施の形態１の蓄電ユニットを示す斜視図である。 実施の形態１の電池パックを示す斜視図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。 実施の形態１の蓄電ユニットに設けられる第２部材の配置の一例を示す平面模式図である。 図３中のＶＩＩＩ線矢視断面図である。 実施の形態２の図３中のＶＩＩＩ線矢視断面に対応する断面図である。 図９に示す第１部材の他の形態を示す断面図である。 実施の形態３の第２部材の配置の他の一例を示す平面模式図である。 実施の形態３の第２部材の配置のさらに他の一例を示す平面模式図である。 実施の形態４の第２部材の固定構造の他の一例を示す模式図である。 実施の形態４の第１部材の他の形態を示す模式図である。 実施の形態４の第１部材のさらに他の形態を示す模式図である。 実施の形態４の第１部材のさらに他の形態を示す模式図である。

以下、各実施の形態について図面を参照しながら本実施の形態の蓄電ユニットおよび蓄電装置について説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。図においては、実際の寸法比率では記載しておらず、構造の理解を容易にするために、一部比率を異ならせて記載している。

（実施の形態１）
図１から図３を参照して、本実施の形態の蓄電装置について説明する。図１は、車両１を模式的に示す模式図、図２は、蓄電装置４のみを模式的に示す斜視図、図３は、蓋を取り外した状態の蓄電装置４の平面図である。

図１を参照して、車両１は、車両本体２と、駆動装置３と、蓄電装置４と、前輪５と、後輪６とを備える。前輪５は、車両１の前後方向Ｄの中央よりも前方に設けられており、後輪６は前後方向Ｄの中央よりも後方に設けられている。

車両本体２内には、搭乗空間と、前方収容空間と、後方収容空間とが形成されている。搭乗空間は、運転手などの乗員が搭乗する空間である。後方収容空間は、搭乗空間の後方側に形成されている。後方収容空間には荷物などが収容される。前方収容空間は、搭乗空間の前方に形成されている。前方収容空間内には、駆動装置３などが収容されている。

車両本体２は、骨格フレームを含み、骨格フレームはフロアパネル９を含む。フロアパネル９は、車両本体２の底面を形成する。

駆動装置３は、回転電機７と、ＰＣＵ（Power Control Unit）８とを含む。ＰＣＵ８は回転電機７および蓄電装置４に電気的に接続されている。ＰＣＵ８は、インバータおよびコンバータを含む。回転電機７は前輪５に機械的に接続されている。

蓄電装置４は、フロアパネル９の下面に設けられている。蓄電装置４は、ＰＣＵ８に直流電力を供給する。ＰＣＵ８は、供給された直流電力を昇圧した後、直流電力を交流電力に変換する。回転電機７は、ＰＣＵ８から供給される交流電力を用いて、前輪５を回転させる駆動力を発生する。

車両１は、電気自動車の一例を示したが、プラグインハイブリッド車両、または、ハイブリッド車両であってもよい。

図２を参照して、蓄電装置４は、バッテリケース１０を含む。バッテリケース１０は、蓋１１と、ケース本体１２とを含む。ケース本体１２は、上方に向けて開口する開口部が形成されている。ケース本体１２は、たとえば、アルミニウム合金などの金属材料で形成されている。ケース本体１２は、フロアパネル９に固定されている。蓋１１は、ケース本体１２の開口部を閉塞するようにケース本体１２に設けられている。蓋１１は、たとえば、樹脂などによって形成されており、バッテリケース１０の軽量化が図られている。

図３を参照して、蓄電装置４は、ケース本体１２と、ケース本体１２に収容される搭載機器１６と、複数の蓄電ユニット１００とを含む。ケース本体１２は、底板１４と、底板１４の外周に沿って延びる周壁部１３とを含む。

ケース本体１２は、複数の蓄電ユニット１００が配置される本体部１２Ａと、搭載機器１６が配置される張出部１２Ｂとを含む。本体部１２Ａは、略直方体形状に形成されている。張出部１２Ｂは、本体部１２Ａの前端部から前方に突出するように形成されている。張出部１２Ｂは、本体部１２Ａとの接続部分から前方に向かうにつれて、車両本体２の幅方向Ｗの長さが短くなるように台形形状に形成されている。

搭載機器１６は張出部１４内に設けられている。搭載機器１６は、冷却装置１８と、ジャンクションボックス１９とを含む。冷却装置１８は、蓄電ユニット１００を冷却する。

本体部１２Ａ内に、梁部材３０が配置されている。梁部材３０は、底板１４上に固定された外枠横梁部材３１、外枠縦梁部材３２、および、内枠横梁部材３３を含む。各梁部材によって規定される矩形領域には、蓄電ユニット１００が載置されている。外枠横梁部材３１および内枠横梁部材３３は、幅方向Ｗに延びるように設けられ、外枠縦梁部材３２前後方向Ｄに延びるように設けられている。

各蓄電ユニット１００には、後述の第２部材２００が設けられており、ボルトＢ１を用いて第２部材２００を各梁部材に締結することで、蓄電ユニット１００が各梁部材に固定されている。

（蓄電ユニット１００）
図４から図８を参照して、蓄電ユニット１００の構成について説明する。図４は、蓄電ユニット１００を示す斜視図、図５は、蓄電パック１１０を示す斜視図、図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図、図７は、蓄電ユニットに設けられる第２部材の配置の一例を示す平面模式図、図８は、図３中のＶＩＩＩ線矢視断面図である。

図４を参照して、本実施の形態における蓄電ユニット１００は、蓄電パック１１０を２列組み合わせたものである。蓄電ユニット１００の外周面には、複数の第２部材２００が配置されている。第２部材２００は、蓄電ユニット１００の一方の外周側面に３箇所、対向する他方の外周側面に３箇所、合計６箇所設けられている。第２部材２００には、ボルトＢ１を貫通させるためのボルト穴２００ｈが設けられている。

図５を参照して、蓄電パック１１０は、電池セル１１６と樹脂枠１１８とが交互に積層状態に配置されている。電池セル１１６の第１方向（図中の矢印Ｗ方向）である積層方向の両端部には、金属製のエンドプレート１１４が配置されている。

図６を参照して、電池セル１１６の両方の側面１１６ｓに沿って配置され、両端部のエンドプレート１１４を接続する金属製の第１部材１１２がそれぞれ配置されている。第１部材１１２は、電池セル１１６の第１方向に延びる形態を有し、電池セル１１６の側面１１６ｓに位置する側部１１２ａと、側部１１２ａの長手方向の両端部から電池セル１１６の上面１１６ｕおよび下面１１６ｄにおいて、内側に向かって延びる一対のフランジ部１１２ｂとを有している。

再び、図５を参照して、第１部材１１２の第１方向（Ｗ方向）の両端部は、エンドプレート１１４に当接し、溶接により第１部材１１２とエンドプレート１１４とが一体的に固定されている。第１部材１１２とエンドプレート１１４との固定は、溶接に限定されることなく、ボルトを用いた締結構造を採用してもよい。

図７を参照して、２列に配列された蓄電パック１１０同士は、溶接、ボルト締結等により相互に固定される。本実施の形態では、蓄電パック１１０の配列を２列としたが、その数量は、１列または３列以上であってもよい。

蓄電ユニット１００の外周面に位置する第１部材１１２の両側面には、それぞれ３箇所に、電池セル１１６の第１方向に沿って第２部材２００が固定されている。第２部材２００は、対向する相互の第２部材２００の位置が、長手方向（Ｗ方向）にずれて配置されるとともに、蓄電ユニット１００の長さ方向（Ｗ方向）および幅方向（Ｄ方向）の中心位置ＰＣを点対称中心とした、点対称となる位置に第２部材２００が配置されている。

ケース本体１２に設けられる、外枠横梁部材３１、外枠縦梁部材３２、および、内枠横梁部材３３の第２部材２００が対応する位置には、ボルトＢ１による締結のための雌ネジ穴等が予め設けられている。

第２部材２００をこのような配置にすることで、ケース本体１２に蓄電ユニット１００を装着する際の蓄電ユニット１００のＷ方向の方向性がなくなり、蓄電ユニット１００の装着時の作業性を向上させることができる。さらに、一本の内枠横梁部材３３の両側で、内枠横梁部材３３を共用して２つの蓄電ユニット１００を固定することができるため、ケース本体１２に蓄電ユニット１００を載置する際のケース本体１２の省スペース化を図ることができる。

図８の断面図に示すように、たとえば、ケース本体１２の所定位置に蓄電パック１１０を載置した状態においては、外枠横梁部材３１の上面に第２部材２００が位置し、ボルトＢ１を用いて外枠横梁部材３１に蓄電パック１１０を固定する。他の締結箇所においても同様である。

このように、ケース本体１２に設けられる外枠横梁部材３１、外枠縦梁部材３２、および、内枠横梁部材３３等の梁部材を用いて蓄電パック１１０を固定する構造を採用することで、蓄電パック１１０を強固に保持することが可能となる。その結果、蓄電パック１１０の中間位置に、補強用の中間プレートを設けることなく、蓄電ユニット１００の剛性を確保し、蓄電ユニット１００の耐振動性を向上させることも可能となる。

さらに、中間プレートを設ける必要が無くなるため、搭載する電池セル１１６の数量を増加させることができる。その結果、蓄電ユニット１００の高容量化を図ることができる。

（実施の形態２）
図９および図１０を参照して、第１部材の他の形態について説明する。図９は、図３中のＶＩＩＩ線矢視断面に対応する他の断面図、図１０は、図９に示す第１部材の他の形態を示す断面図である。

上述の説明において、図８に示すように、第１部材１１２として、側部１１２ａの長手方向の両方の端部から電池セル１１６の内側に向かって延びる一対のフランジ部１１２ｂを有する形態（Ｃ字型）を採用した場合について説明した。他方、図９に示すように、他の形態の第１部材１１２Ｌとして、側部１１２ａの長手方向の一方の端部から電池セル１１６の上面１１６ｕの内側に向かって延びる一つのフランジ部１１２ｂのみを有する形態（Ｌ字型）を採用してもよい。

この場合、第１部材１１２Ｌは、電池セル１１６の上面側に配置されるとよい。第１部材１１２Ｌに設けられた第２部材２００をボルトＢ１を用いて外枠横梁部材３１に締結することで、第１部材１１２Ｌによる電池セル１１６の底板１４側への押さえつけ力を生じさせることができる。

底板１４の蓄電パック１１０とは反対側の面に、蓄電パック１１０用の冷却機構が設けられる場合には、冷却機構と電池セル１１６との接触面積が増加し、電池セル１１６の冷却効率を向上させることができる。

なお、図９に示す構成とは反対に、図１０に示す他の形態の第１部材１１２Ｌとして、側部１１２ａの長手方向の一方の端部から電池セル１１６の下面１１６ｄの内側に向かって延びる一つのフランジ部１１２ｂのみを有する形態（Ｌ字型）を採用してもよい。

（実施の形態３）
図１１および図１２を参照して、蓄電ユニット１００の外周面に設けられる第２部材２００の他の配置形態ついて説明する。図１１は、第２部材２００の配置の他の一例を示す平面模式図、図１２は、第２部材の配置のさらに他の一例を示す平面模式図である。

図７に示す第２部材２００の配置形態以外に、蓄電ユニット１００の剛性の向上および耐振動性の向上を考慮した場合には、図１１に示すように、第２部材２００を、一方の第１部材１１２の側面において、電池セル１１６の第１方向に沿って２箇所設け、他方の第１部材１１２の側面に１箇所設ける。第２部材２００は、合計３箇所で蓄電パック１１０を梁部材に固定する構成を採用することも可能である。この構成によっても、実施の形態１の場合と同様に、蓄電ユニット１００の耐振動性の向上、および、蓄電ユニット１００の高容量化を図ることができる。

図７に示す第２部材２００の配置においては、対向する第２部材２００を、長手方向（Ｗ方向）にずらす構成を採用したが、図１２に示すように、第２部材２００を、相互に対向する位置に配置しても良い。この場合には、梁部材を各第１部材１１２に対応して配置する必要があるため、ケース本体１２の容量に余裕がある場合には採用することができる。

（実施の形態４）
図１３を参照して、蓄電ユニット１００のバッテリケース１０への固定構造の他の形態について説明する。図１３は、第２部材の固定構造の他の一例を示す模式図である。

図８および図９においては、第１部材１１２に設けられた第２部材２００を、ケース本体１２に設けられた梁部材に固定する構造について説明したが、たとえば、図１３に示すように、第２部材２００をケース本体１２の底板１４に直接固定する構成を採用してもよい。ケース本体１２に十分な剛性があり、梁部材を設ける必要が無い場合には、この構成を採用することも可能である。

（実施の形態５）
図１４から図１６を参照して、第１部材１１２Ｍ１，１１２Ｍ２の他の形態について説明する。図１４から図１６は、第１部材の他の形態を示す模式図であり、図５中のＶＩ−ＶＩ線矢視に対応する断面図である。

図６に示した第１部材１１２は、電池セル１１６の側面１１６ｓを覆う側部１１２ａを有する形態であるが、図１４に示す構成は、第１部材１１２Ｍ１および第１部材１１２Ｍ２を有する。

第１部材１１２Ｍ１は、電池セル１１６の上面１１６ｕを覆う上面部１１２ｃと、上面部１１２ｃの両側端において、電池セル１１６の側面１１６ｓに向かって延びる側面部１１２ｄとを有している。

第１部材１１２Ｍ２は、電池セル１１６の下面１１６ｄを覆う下面部１１２ｅと、下面部１１２ｅの両側端において、電池セル１１６の側面１１６ｓに向かって延びる側面部１１２ｆとを有している。

この構成において、第２部材２００は、側面部１１２ｄおよび／または側面部１１２ｄｆに設けられる。

この構成を採用することによっても、上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、図１５に示すように、電池セル１１６の上面１１６ｕに第１部材１１２Ｍ１を設ける構成、または、図１６に示すように、電池セル１１６の下面１１６ｄに第１部材１１２Ｍ２を設ける構成を採用することも可能である。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ 車両本体、３ 駆動装置、４ 蓄電装置、５ 前輪、６ 後輪、７ 回転電機、９ フロアパネル、１０ バッテリケース、１１ 蓋、１２ ケース本体、１２Ａ 本体部、１２Ｂ 張出部、１３ 周壁部、１４ 底板、１６ 搭載機器、１８ 冷却装置、１９ ジャンクションボックス、３０ 梁部材、３１ 外枠横梁部材、３２ 外枠縦梁部材、３３ 内枠横梁部材、１００ 蓄電ユニット、１１０ 蓄電パック、１１２，１１２Ｌ，１１２Ｍ１，１１２Ｍ２ 第１部材、１１２ａ 側部、１１２ｂ フランジ部、１１２ｃ 上面部、１１２ｄ，１１２ｆ 側面部、１１２ｅ 下面部、１１４ エンドプレート、１１６ 電池セル、１１６ｄ 下面、１１６ｓ 側面、１１６ｕ 上面、１１８ 樹脂枠、２００ 第２部材、２００ｈ ボルト穴。

Claims (9)

1. バッテリケース内に収容される蓄電ユニットであって、
   前記蓄電ユニットは、
   第１方向に並んで配置された複数の電池セルと、
   前記第１方向に並んで配置された複数の前記電池セルの両端にそれぞれ配置されるエンドプレートと、
   前記電池セルの前記第１方向に沿って延び、両端に配置された前記エンドプレートを連結する第１部材と、含み、
   前記第１部材は、前記バッテリケースに固定される第２部材を有する、蓄電ユニット。
2. 前記第２部材は、前記電池セルの前記第１方向に沿って、前記第１部材に少なくとも３箇所設けられている、請求項１に記載の蓄電ユニット。
3. 前記第１部材は、前記第１方向に並んで配置される前記電池セルの両方の側面に沿って２つ配置され、
   一方の前記第１部材には、前記電池セルの前記第１方向に沿って、前記第２部材が少なくとも１箇所設けられ、
   他方の前記第１部材には、前記電池セルの前記第１方向に沿って、前記第２部材が少なくとも２箇所設けられている、請求項２に記載の蓄電ユニット。
4. 前記第１部材は、
   前記電池セルの前記第１方向において、前記電池セルの前記側面に位置する側部と、
   前記側部の少なくとも一方の端部から前記電池セルの内側に向かって延びるフランジ部と、を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電ユニット。
5. 前記第１部材は、前記側部の両方の前記端部から前記電池セルの内側に向かって延びる一対の前記フランジ部を有する、請求項４に記載の蓄電ユニット。
6. 前記第１部材は、前記側部の一方の前記端部から前記電池セルの上面または下面に向かって延びる前記フランジ部を有する、請求項４に記載の蓄電ユニット。
7. 前記第１部材と前記エンドプレートとは、溶接により接合されている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電ユニット。
8. 前記バッテリケースは、梁部材を含み、
   前記第２部材は、前記梁部材に固定される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電ユニット。
9. 蓄電ユニットと、前記蓄電ユニットを収容するバッテリケースとを備える、蓄電装置であって、
   前記蓄電ユニットは、
   第１方向に並んで配置された複数の電池セルと、
   前記第１方向に並んで配置された複数の前記電池セルの両端にそれぞれ配置されるエンドプレートと、
   前記電池セルの前記第１方向に沿って延び、両端に配置された前記エンドプレートを連結する第１部材と、含み、
   前記第１部材は、前記バッテリケースに固定される第２部材を有し、
   前記バッテリケースは、梁部材を含み、
   前記第２部材は、前記梁部材に固定されている、蓄電装置。

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