JP2022055799A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電セルの拘束部材の応力を緩和させ、かつ拘束部材の過剰設計を抑制可能な蓄電モジュールを提供する。【解決手段】蓄電モジュールは、積層された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルの積層方向の両端に配置された２つのエンドプレートと、２つのエンドプレートに接続され、複数の蓄電セルを積層方向に拘束する拘束部材とを備え、拘束部材は、積層方向の中央側に位置する第１部材と、積層方向の端部側に位置し、第１部材の端面に結合される第２部材とを含み、第１部材は、第２部材よりも薄く形成され、拘束部材は段差部を有し、段差部が積層方向から２つのエンドプレートに各々当接する。【選択図】図４

Description

本開示は、蓄電モジュールに関する。

複数の蓄電セルを積層して蓄電モジュールを構成するとき、複数の蓄電セルを積層方向に拘束する必要がある。従来の拘束部材は、特開２００９－１１０８３３号公報（特許文献１）、国際公開第２０１９／１３０９３６号（特許文献２）などに開示されている。

特開２００９－１１０８３３号公報 国際公開第２０１９／１３０９３６号

複数の蓄電セルを積層方向に拘束したとき、各々の蓄電セルは積層方向に加圧される。この拘束荷重に対する拘束部材の耐力を向上させつつ、拘束部材の過剰設計は防止したいという要請がある。従来の構造は、これらの要請を両立させる観点からは、必ずしも十分なものであるということはできない。

本開示の目的は、蓄電セルの拘束部材の耐力を向上させ、かつ拘束部材の過剰設計を抑制可能な蓄電モジュールを提供することにある。

本開示に係る蓄電モジュールは、積層された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルの積層方向の両端に配置された２つのエンドプレートと、２つのエンドプレートに接続され、複数の蓄電セルを積層方向に拘束する拘束部材とを備え、拘束部材は、積層方向の中央側に位置する第１部材と、積層方向の端部側に位置し、第１部材の端面に結合される第２部材とを含み、第１部材は、第２部材よりも薄く形成され、拘束部材は段差部を有し、段差部が積層方向から２つのエンドプレートに各々当接する。

本開示によれば、蓄電セルの拘束部材の耐力を向上させ、かつ拘束部材の過剰設計を抑制可能な蓄電モジュールを提供することができる。

組電池の基本的構成を示す図である。 図１に示す組電池における電池セルおよびエンドプレートを示す図である。 図１に示す組電池における電池セルを示す図である。 図１に示す組電池におけるエンドプレートへの拘束部材の取付部の構造の一例を示す図である。 拘束部材の段差部周辺の構造を外面側から見た状態を示す図である。 拘束部材の段差部周辺の構造を内面側から見た状態を示す図である。 エンドプレートへの拘束部材の取付部の構造の変形例を示す図である。 エンドプレートへの拘束部材の取付部の構造の他の変形例を示す図である。

以下に、本開示の実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量等に言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量等に限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本開示にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。

図１，図２に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

一例として、電池セル１００はリチウムイオン電池であるが、電池セル１００はニッケル水素電池など他の電池であってもよい。また、本開示において「蓄電モジュール」は組電池１に限定されず、電池セル１００に代えて、たとえばキャパシタが「蓄電セル」として用いられてもよい。

複数の電池セル１００は、矢印ＤＲ１方向（配列方向）に並ぶように設けられる。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、矢印ＤＲ１方向（配列方向）において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。エンドプレート２００の矢印ＤＲ３方向の両端には、段差部２１０が形成される。

拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に各々形成された段差部２１０に取り付けられる。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対して矢印ＤＲ１方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００を段差部２１０に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

拘束部材３００は、第１部材３１０と、第２部材３２０とを含む。第１部材３１０と第２部材３２０とは、突き合わせ溶接により互いに結合される。

図３に示すように、電池セル１００は、平坦面状の直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、角型の筐体１２０上に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。

図４は、組電池１におけるエンドプレート２００への拘束部材３００の取付部の構造の一例を示す図である。

図４に示すように、第１部材３１０の端面と第２部材３２０の端面とが対向する。第１部材３１０と突き合わせ溶接により接合された第２部材３２０は、第１部分３２１と、第１部分３２１に対して積層方向の端部側に位置する第２部分３２２とを含む。

板状の第２部材３２０は、電池セル１００の積層方向（矢印ＤＲ１方向）に沿って逆向きに折り曲げられる。第２部材３２０の第１部分３２１と第２部分３２２との間に段差部３２３が形成される。段差部３２３は、積層方向（矢印ＤＲ１方向）からエンドプレート２００に当接する。この結果、第２部材３２０は、エンドプレート２００の段差部２１０から積層方向（矢印ＤＲ１方向）に沿って荷重（拘束力の反力）を受ける。

第２部材３２０には、孔部３２０Ａ１および孔部３２０Ａ２が形成されている。孔部３２０Ａ１は孔部３２０Ａ２よりも大径に形成されている。孔部３２０Ａ１と孔部３２０Ａ２とは、第２部材３２０を図４のように折り曲げた状態で、略同心となる位置に形成されている。

固定部材４００（ボルト）は、孔部３２０Ａ１，３２０Ａ２を貫通し、第２部材３２０をエンドプレート２００に固定する。ボルトの頭部は、孔部３２０Ａ１に収納される。

積層方向の中央側に位置する第１部材３１０は、積層方向の端部側に位置する第２部材３２０よりも薄く形成される。第１部材３１０と電池セル１００との間には、スペーサ５００が設けられている。

次に、図５，図６を用いて、拘束部材３００の段差部３２３周辺の構造について説明する。

図５、図６に示すように、拘束部材３００の第１部材３１０は、電池セル１００の側面から電池セル１００の上面および底面に回り込むフランジ部３１１を有する。フランジ部３１１を設けることにより、比較的薄く形成された第１部材３１０の剛性を確保することができる。

折り曲げられ、重ねられた第２部材３２０は、縦方向に並ぶ複数（図６、図７の例では４つ）のスポット溶接部３２０Ｂにより固定されている。

次に、図７，図８を用いて、エンドプレート２００への拘束部材３００の取付部の構造の変形例について説明する。

図４～図６の例では、板状の第２部材３２０を複数の電池セル１００の積層方向に沿って逆向きに折り曲げることによって段差部３２３を形成する構造について説明したが、第２部材３２０を折り曲げることは本開示において必ずしも必須ではない。

たとえば、図７の変形例のように、第１部材３１０をエンドプレート２００の段差部２１０まで延在させ、段差部２１０の高さ分だけ第１部材３１０よりも厚い板状の第２部材３２０を設けることにより、折り曲げ部を設けることなく段差部３２３を形成することができる。この場合、段差部３２３は、第１部材３１０と第２部材３２０との接合部に沿って形成される。

また、図８の変形例のように、第１部材３１０をエンドプレート２００の段差部２１０まで延在させ、第１部材３１０と第２部材３２０との接合部に沿って段差部３２３を形成する場合でも、第２部材３２０に折り曲げを形成することは可能である。

上述した内容について要約すると、本実施の形態において、組電池１は、積層された複数の電池セル１００（蓄電セル）と、複数の電池セル１００の積層方向の両端に配置された２つのエンドプレート２００と、２つのエンドプレート２００に接続され、複数の電池セル１００を積層方向に拘束する拘束部材３００とを備える。拘束部材３００は、積層方向の中央側に位置する第１部材３１０と、積層方向の端部側に位置し、第１部材３１０の端面に結合される第２部材３２０とを含む。第１部材３１０は、第２部材３２０よりも薄く形成される。拘束部材３００は段差部３２３を有し、段差部３２３が積層方向から２つのエンドプレート２００に各々当接する。

本実施の形態に係る組電池１によれば、拘束部材３００の第２部材３２０がエンドプレート２００の段差部２１０から積層方向（矢印ＤＲ１方向）に沿って荷重を受けるため、拘束部材３００に曲げモーメントが作用することを抑制できる。この結果、拘束部材３００の応力を緩和することができる。

また、拘束部材３００において積層方向の中央側に位置する第１部材３１０を積層方向の端部側に位置する第２部材よりも薄く形成することにより、応力が比較的小さい第１部材３１０の過剰設計を抑制することができる。この結果、組電池１の製造コスト削減および重量低減を図ることができる。

このように、本実施の形態によれば、電池セル１００の拘束部材３００の耐力を向上させ、かつ拘束部材３００の過剰設計を抑制ことが可能となる。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、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。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許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 組電池、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、２００ エンドプレート、２１０ 段差部、３００ 拘束部材、３１０ 第１部材、３１１ フランジ部、３２０ 第２部材、３２０Ａ，３２０Ａ１，３２０Ａ２ 孔部、３２０Ｂ スポット溶接部、３２１ 第１部分、３２２ 第２部分、３２３ 段差部、４００ 固定部材、５００ スペーサ。

Claims (6)

1. 積層された複数の蓄電セルと、
   前記複数の蓄電セルの積層方向の両端に配置された２つのエンドプレートと、
   前記２つのエンドプレートに接続され、前記複数の蓄電セルを前記積層方向に拘束する拘束部材とを備え、
   前記拘束部材は、前記積層方向の中央側に位置する第１部材と、前記積層方向の端部側に位置し、前記第１部材の端面に結合される第２部材とを含み、
   前記第１部材は、前記第２部材よりも薄く形成され、
   前記拘束部材は段差部を有し、前記段差部が前記積層方向から前記２つのエンドプレートに各々当接する、蓄電モジュール。
2. 前記第１部材と前記第２部材とは、突き合わせ溶接により互いに結合される、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記第２部材は、前記第１部材に突き合わせ溶接される第１部分と、前記第１部分に対して前記積層方向の端部側に位置する第２部分とを含み、前記第１部分と前記第２部分との間に前記段差部が形成される、請求項１または請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記段差部は、板状の前記第２部材を前記複数の蓄電セルの前記積層方向に沿って逆向きに折り曲げることによって形成される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
5. 前記段差部は、前記第１部材と前記第２部材との接合部に沿って形成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記複数の蓄電セルはリチウムイオン電池セルである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。

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