JP5018204B2 - Power storage unit - Google Patents
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Description
本発明は主に車両の補助電源等として利用される蓄電ユニットに関するものである。 The present invention relates to a power storage unit mainly used as an auxiliary power source for a vehicle.
近年、地球環境保護の観点からハイブリッドシステムやアイドリングストップシステムを搭載した自動車(以下、車両という)の開発が急速に進められており、それに伴い車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして回生するシステムや、急加速時等でハイブリッド車のモータ駆動を補助するシステムについて各種の提案がなされてきている。 In recent years, automobiles (hereinafter referred to as vehicles) equipped with a hybrid system and an idling stop system have been rapidly developed from the viewpoint of protecting the global environment. Along with this, systems that regenerate braking energy of vehicles as electrical energy, Various proposals have been made on a system for assisting the motor drive of a hybrid vehicle during acceleration or the like.
このようなシステムにおいては、回生の場合は急変する制動エネルギーをできるだけ電気エネルギーとして蓄電素子に蓄える必要があり、モータ駆動補助の場合は車両を急加速できるだけの大電流を供給する必要があるので、いずれも蓄電素子としてバッテリよりも急速充放電特性に優れるキャパシタを用いたシステムが特に注目されている。 In such a system, in the case of regeneration, it is necessary to store braking energy that changes abruptly as much as possible in the energy storage element as electric energy, and in the case of motor drive assistance, it is necessary to supply a large current that can rapidly accelerate the vehicle. In any case, a system using a capacitor, which is superior in quick charge / discharge characteristics as compared with a battery, is attracting particular attention as a storage element.
しかし、車両を急加速できるほどの電力を蓄えるためには大容量キャパシタ(例えば電気二重層キャパシタ)が必要となり、さらにこのキャパシタの充電電圧は2.2V程度で低いので、多数のキャパシタを接続して電圧を上げる必要がある。 However, a large-capacity capacitor (for example, an electric double layer capacitor) is required to store electric power that can accelerate the vehicle rapidly. Further, since the charging voltage of this capacitor is as low as about 2.2 V, many capacitors are connected. To increase the voltage.
このように多数の蓄電素子を保持し接続した構成例が下記特許文献1に記載されている。これは蓄電素子に円筒型電池を用いた蓄電ユニットの例であるが、図8に示すように円筒型電池1(透視図で示す)は、その両端を上下の支持体2の電池穴2aに挿入することにより保持されている。この際、電池穴2aには図8の下側の支持体2に示すように段差が設けてあるので、この段差に円筒型電池1の両端周囲部が当接することにより固定できる。支持体2には電極孔2bが設けられており、電極孔2bを通して円筒型電池1の両端に設けた電極が露出する構成となっている。露出した電極は図示しない接続板(バスバー)で接続される。接続板は溝2cに収納される。このような構成とすることにより、多数の蓄電素子を同時に保持できる蓄電ユニットが得られる。
A configuration example in which such a large number of power storage elements are held and connected is described in
また、円筒型電池1に替わりキャパシタを用いた蓄電ユニットをハイブリッド車に適用した時には、急加速時や回生時におけるキャパシタの充放電が短時間の内に何度も繰り返され、キャパシタの内部抵抗やバスバーとの接続抵抗に起因した発熱が発生する。これをそのまま放置すると、キャパシタが劣化して寿命が短くなり、信頼性が低減するのであるが、図8の構成によるとキャパシタが上下の支持体2により保持されるので、キャパシタの両端部以外が露出しており、さらにキャパシタの両端の電極も電極穴2bにより露出している。従って、発生した熱はこもることなく露出部分より放熱されるので、キャパシタの劣化を低減できる高信頼な蓄電ユニットが得られる。
このような蓄電ユニットは確かに多数の蓄電素子を保持することができると同時に良好な放熱性が得られるのであるが、このような蓄電ユニットを車両に搭載すると、次のような問題があった。 Such a power storage unit can surely hold a large number of power storage elements and at the same time provide good heat dissipation. However, when such a power storage unit is mounted on a vehicle, there are the following problems: .
蓄電素子である円筒型電池1は例えば有底円筒の中に電池材料を投入後、上部を電極フタで封止する構造を有する。この場合、有底円筒は一般にプレスによる深絞り成型で製造されるので、円筒直径の誤差は小さい。一方、電極フタで封止を行う際は、絶縁部材を介して有底円筒と電極フタを重ね、これらの部材を同時にかしめることになるため、それぞれの部材の寸法誤差に加え、かしめ工程による誤差が加わるので、円筒直径の誤差に比べ円筒型電池1の高さ誤差は大きくなる。
The
このような高さ方向の誤差が大きい複数の円筒型電池1を図8に示す支持体2に挿入保持すると、電池穴2aの段差は固定されているので、組み立てた時に上下の支持体2の間隔は高さが最も高い円筒型電池1により決定される。ゆえに、他の円筒型電池1は電池穴2aの段差に確実に当接することができず、高さ誤差に応じた隙間が生じた状態で保持されることになる。この状態で円筒型電池1は接続板で接続されるので、高さの低い円筒型電池1は上下の接続板によりいわゆる宙吊り状態で保持されていることになる。
When a plurality of
この蓄電ユニットに車両の振動が加わると、高さの低い円筒型電池1は電池穴2aの段差との間に隙間があるので、円筒型電池1が隙間の範囲で高さ方向に振動することになる。この振動応力は電極と接続板の接続部分や接続板自体に印加されるので、接続部分の強度が弱まり接触抵抗が増大したり、接続板の変動応力による機械的疲労を起こす可能性があり、その結果、信頼性が低下するという課題があった。
When a vehicle vibration is applied to the power storage unit, the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、良好な放熱性を確保し、かつ高さ誤差のある多数の蓄電素子を確実に保持できる高信頼性が得られる蓄電ユニットを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a power storage unit that can secure high heat dissipation and can reliably hold a large number of power storage elements having a height error, and can obtain high reliability. Objective.
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄電ユニットは、柱形状であり、側面および端面にそれぞれ側面電極、端面電極を有し、前記高さ方向に対して垂直方向に並んだ複数の蓄電素子と、隣り合う前記蓄電素子の側面電極と端面電極どうしを直列接続するバスバーと、前記蓄電素子の底部がそれぞれ挿入される保持穴を有するとともに、前記底部の端面と当接する複数の弾性部を前記保持穴の底面に設けた下ケースと、前記蓄電素子の上部が挿入されるとともに、前記上部の端面の少なくとも一部が当接する上ケースとから構成され、前記複数の蓄電素子の各端面電極は、同じ方向に設けられ、前記弾性部は前記保持穴の底面において、前記保持穴の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状に形成されるとともに、隣り合う前記弾性部の間、および前記保持穴の底面の中央部分を貫通孔とし、前記弾性部の変位幅は複数の前記蓄電素子の高さ誤差より大きくしたものである。 In order to solve the conventional problems, a power storage unit of the present invention is a columnar shape, each side surface electrodes on the side surfaces and end surfaces, have a edge electrode, a plurality of aligned perpendicularly to the height direction an electric storage device, a bus bar side electrodes and the end electrode each other of the storage element adjacent to the series connection, the with the bottom of the power storage element has a holding hole which are respectively inserted, the end surface of the bottom portion abutting the plurality of resilient portions Are formed on the bottom surface of the holding hole, and an upper case into which the upper part of the power storage element is inserted and at least a part of the end face of the upper part abuts , and each end face of the plurality of power storage elements electrodes are provided in the same direction, at the bottom of the elastic portion is the holding hole is formed in a cantilever shape toward the central upward from the wall surface side of the holding hole, adjacent the elastic During, and a central portion of the bottom surface of the holding hole and the through-hole, the displacement width of the elastic portion is made larger than the height error of a plurality of the storage element.
本発明によれば、複数の弾性部が保持穴の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状を有しているので、蓄電素子を下ケースに挿入した際に弾性部が蓄電素子の底部に当接して下方向に押さえられる。これにより、組み立てた時に弾性部が蓄電素子の高さ誤差を吸収するので、高さ誤差があっても全ての蓄電素子が確実に保持固定され、振動による電極とバスバーの接続部分や、バスバー自身への影響を低減できる。さらに、隣り合う弾性部の間と、保持穴の底面の中央部分が貫通孔であるので、蓄電素子の底部が露出し良好な放熱性が確保できる。これらのことから、高信頼性が得られる蓄電ユニットを実現できる。 According to the present invention, since the plurality of elastic portions have a cantilever shape extending from the wall surface side of the holding hole toward the center upper side, the elastic portion is located at the bottom of the energy storage device when the energy storage device is inserted into the lower case. It abuts and is pressed down. As a result, the elastic part absorbs the height error of the storage element when assembled, so that even if there is a height error, all the storage elements are securely held and fixed, and the connection part between the electrode and bus bar due to vibration or the bus bar itself Can be reduced. Furthermore, between the adjacent elastic parts and the central part of the bottom surface of the holding hole is a through hole, the bottom part of the power storage element is exposed and good heat dissipation can be ensured. From these things, the electrical storage unit which can obtain high reliability is realizable.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは車両用の蓄電ユニットの構成例について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structural example of the electrical storage unit for vehicles is demonstrated here.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における蓄電ユニットの一部分解斜視図である。図2は本発明の実施の形態1における蓄電ユニットの蓄電素子とバスバーの斜視図である。図3は本発明の実施の形態1における蓄電ユニットの下ケースの平面図である。図4は本発明の実施の形態1における蓄電ユニットの完成斜視図である。図5は本発明の実施の形態1における蓄電ユニットの断面図であり、(a)は下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図を、(b)は完成後の断面図を示す。図6は本発明の実施の形態1における蓄電ユニットの他の構成の一部断面図であり、(a)は下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図を、(b)は挿入後の一部断面図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partially exploded perspective view of a power storage unit according to
図1において、電力を蓄える蓄電素子11は例えば直径3cmの円柱形状の電気二重層キャパシタである。蓄電素子11の製法は従来の円筒型電池と同様である。従って、蓄電素子11の一方の端面(図1では上面)にはかしめ工程により盛り上がった端面周囲部13が形成される。なお、蓄電素子11の円柱側面はアルミニウム製であり、負極になるように内部で接続されている。従って、蓄電素子11の円柱側面は全体が側面電極15を形成することになる。また、端面はアルミニウム製のフタであり、これをプレス成型することにより、端面周囲部13よりも高さが高い半円状の端面電極17が形成されている。端面電極17は正極になるように内部で接続される。ゆえに、蓄電素子11の円柱部分とフタ部分の間には絶縁部材(図示せず)が配されるようにしてかしめている。なお、フタ部分には端面電極17以外の位置に調圧弁19が設けてある。調圧弁19は蓄電素子11の内部に充填された電解液が気化した際に、それを逃がすためのものである。これにより、蓄電素子11の内圧上昇を防ぐことができる。
In FIG. 1, a
次に、このような蓄電素子11を複数個並べて互いに電気的、機械的に接続する際に用いるバスバー21について説明する。バスバー21は側面電極15や端面電極17と同一のアルミニウム製とした。なお、これらは同一の金属であれば他の金属でも構わないが、電気二重層キャパシタの内部電極がアルミニウム製であるため、内部電極を側面電極15や端面電極17に溶接接合する上で、これらもアルミニウム製としている。従って、後述するがバスバー21を側面電極15や端面電極17に接合する際も溶接するので、バスバー21もアルミニウム製としている。また、同一金属とすることで、溶接性が向上するだけでなく、湿気で局部電池を形成することがないので防食性も向上する。
Next, a description will be given of the
バスバー21は図2に示すように蓄電素子11の側面にはめ込む円周部22と、隣の蓄電素子11の端面電極17に溶接接続するための平坦部23を有しており、これらは板厚0.5mmのアルミニウム板をプレス成型することにより一体で得られる。なお、バスバー21の形状は、端面電極17に接続する部分(平坦部23)と、側面電極15に接続する部分(円周部22)の間に屈曲部(図示せず)を設けてもよい。これにより、バスバー21に加わる溶接時や車両振動時の応力、あるいは熱膨張による変位を屈曲部で吸収できるので、さらに信頼性が高まる。なお、屈曲部は平坦部23に設ける方が加工しやすい。
As shown in FIG. 2, the
バスバー21は図2に示す方向で蓄電部11の側面にはめ込まれ、側面電極15と確実な電気的、機械的接続を得るために、レーザ溶接により接続される。レーザ溶接部位を図1の×印で示す。図1ではスポット状に多点を溶接しているが、これは溶接位置を順次ずらして線状に溶接接続してもよい。この場合はスポット状に比べ接続信頼性が向上する。このようにして、バスバー21と一体になった蓄電素子11が形成される。
The
なお、バスバー21は複数の蓄電素子11の内、最も高い電圧、または最も低い電圧のいずれかとなる側面電極15を有する蓄電素子11を除いた他の蓄電素子11に接続されている。すなわち、本実施の形態1では図1に示すように蓄電素子11を5個直列に接続する構成であり、側面電極15が負極、端面電極17が正極であるので、これら5個の蓄電素子11を直列に接続すると、図1の最も手前の蓄電素子11の側面電極15が最も低い電圧となる。従って、最も手前の蓄電素子11を除く他の4個の蓄電素子11にバスバー21が接続されている。なお、蓄電素子11の内部接続を逆転させた場合は、最も手前の蓄電素子11の側面電極15は最も高い電圧となる。この場合であっても正極と負極が逆転するだけで、蓄電ユニットの構造は同じである。
The
最も手前の蓄電素子11には、バスバー21に代わり負極端子バスバー25が接続されている。負極端子バスバー25の構成はバスバー21とほぼ同じであるが、隣の蓄電素子11がないので端面電極17に接続する部分が不要となる。しかし、蓄電ユニットの外部と電気的接続を行うために、負極端子バスバー25には電力線や後述する外部バスバーと接続するためのネジ穴27が設けられている。また、電力線や外部バスバーと接続しやすくするために、後述する上ケースの端部に嵌合するよう曲げ加工が施されている。この部分は図1の構造に限定されるものではなく、蓄電ユニットの形状や電力線の引き回し等により適宜変更すればよい。なお、最も手前の蓄電素子11の側面電極15と負極端子バスバー25の接続は他の蓄電素子11にバスバー21を接続する場合と同じ方法で溶接されている。
Instead of the
こうしてバスバー21、または負極端子バスバー25が溶接接続された蓄電素子11の底部29は、下ケース31に設けた保持穴33に挿入される。この際、保持穴33の直径は蓄電素子11の外径より例えば0.1〜0.2mm程度大きくしているので、蓄電素子11をスムーズに収納することができる。
In this way, the bottom 29 of the
下ケース31は樹脂製であり、保持穴33の底面には複数の弾性部35が一体形成されている。弾性部35の形状は保持穴33の底面において、保持穴33の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状としている。本実施の形態1では弾性部35として、図1に示すように扇型の片持ち梁を8個形成している。さらに、隣り合う弾性部35の間、および保持穴33の底面の中央部分を貫通孔36としている。この貫通孔36の形状を図3に示す。図3は下ケース31を上面から見た際の平面図である。貫通孔36は、保持穴33の底面の中央部分に設けた円形の孔と、この円形の孔を中心にした8方向の放射状の孔とが連続した形状としている。なお、放射状の孔における保持穴33の壁面側先端は図3に示すようにアールを設けている。これは、弾性部35の前記壁面側における応力集中を軽減するためである。また、保持穴33の底面の中央部分に設けた孔は円形としているので、弾性部35の先端は円弧形状となるが、これは円弧形状に限定されるものではなく、例えば直線形状としてもよい。
The
前記したように、弾性部35は保持穴33の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状であるので、その先端は保持穴33の底面より高い位置になる。従って、蓄電素子11の底部29が弾性部35に当接すると、弾性部35の先端が図1の下方向に押し下げられる。この際、弾性部35の先端における保持穴33の底面からの高さ、すなわち弾性部35の変位幅は、あらかじめ求めた複数の蓄電素子11の高さ誤差よりも大きくなるようにしてあるので、どのような高さ誤差を有する蓄電素子11が保持穴33に挿入されても、弾性部35が変位してその誤差を吸収するので、蓄電素子11を確実に保持できる。
As described above, since the
また、保持穴33の底面には貫通孔36が設けられているので、蓄電素子11を保持穴33に挿入しても、蓄電素子11の底面は貫通孔36により露出する。ゆえに、従来の構成のように放熱性が確保され、さらに貫通孔36に通風するように蓄電ユニットを配すれば、さらなる放熱性が得られる。
Further, since the through
なお、良好な放熱性を得るために、保持穴33の底部において、貫通孔36の面積(ここで、面積とは図3のように下ケース31を上面から見た時の投影面積と定義する。以下同様。)を弾性部35の全面積より大きくし、底部29の端面をできるだけ露出する構成が望ましい。しかし、貫通孔36の面積をあまりに大きくすると、次のような不具合が生じる。
In order to obtain good heat dissipation, the area of the through
すなわち、例えば図1の貫通孔36における中央の円形の孔を大きくしすぎると、弾性部35の長さが短くなる。従って、弾性部35に蓄電素子11の高さ誤差以上の変位幅を確保すると、蓄電素子11を保持穴33に挿入して蓄電ユニットを組み立てる際に、蓄電素子11の底面に大きな応力が印加されてしまう。その結果、応力によっては弾性部35が破損したり蓄電素子11の底面が変形したりする可能性が生じる。
That is, for example, if the central circular hole in the through
一方、貫通孔36における放射状の孔の幅を大きくしすぎると、弾性部35の幅が狭くなり、蓄電素子11の保持力が弱くなる。その結果、車両振動等による応力に対して蓄電素子11を十分に保持できなくなる可能性がある。
On the other hand, if the width of the radial hole in the through
以上のことから、貫通孔36の面積は弾性部35が蓄電素子11を十分保持できるだけの変位幅と保持力が確保できる範囲で、できるだけ大きくなるように設計することが望ましい。また、この際に弾性部35の数も本実施の形態1では8個としたが、貫通孔36の面積が上記条件においてできるだけ大きくなるように増減してもよい。これらの設計は使用する蓄電素子11の大きさや重さ、さらに印加される車両振動や必要な放熱特性等の条件により変わるので、それらを考慮して適宜設計すればよい。
From the above, it is desirable that the through
ここで、図1の構成説明に戻る。下ケース31には後述する上ケースと強固に固定するために、あらかじめ固定棒37を取り付けておく。本実施の形態1では4本の固定棒37を用いた。固定棒37は両端にメネジが形成されており、一方下ケース31には固定ネジ穴39が設けられている。従って、固定棒37を固定ネジ穴39の位置に配した状態で固定ネジ41を締め込むことにより、下ケース31と固定棒37を固定している。この際、固定ネジ41の頭部が下ケース31から突出しないように、例えば固定ネジ41を皿ネジにしている。
Here, the description returns to the configuration of FIG. A fixing
次に、蓄電素子11を下ケース31の保持穴33に挿入する際、バスバー21の平坦部23は隣の蓄電素子11の端面電極17に被せる必要があるので、図1に示すように最も手前の蓄電素子11から順に奥に向かって挿入していく。これにより、端面電極17には隣の蓄電素子11に接続したバスバー21の平坦部23が当接する。但し、図1で最も奥の蓄電素子11の端面電極17には隣の蓄電素子11がないので、バスバー21が被されない。ここには後述する正極端子バスバーが接続される。
Next, when the
蓄電素子11を下ケース31に挿入した後は、上ケース43に蓄電素子11の上部45を挿入する。上ケース43はバスバー21や調圧弁19が露出するように、上面から見ると「ロ」の字形状をしている。また、上ケース43には蓄電素子11の端面周囲部13の一部が当接する当接部47が設けられている。当接部47は上ケースに一体形成されているので、当接部47が各蓄電素子11の固定位置の基準になる。なお、本実施の形態1では、当接部47は端面周囲部13の一部と当接する構成としたが、これは端面周囲部13の全部が当接する形状としてもよい。また、上ケース43にも固定棒37と機械的に接続するために下ケース31と同様の固定ネジ穴39が設けられている。さらに、負極端子バスバー25のネジ穴27に対向する位置にインサートナット49が埋め込まれている。なお、図1の最も奥の蓄電素子11に設けた端面電極17は最も高い電圧となるので、ここに外部配線を行うために正極端子バスバー51が取り付けられるが、正極端子バスバー51にも負極端子バスバー25のネジ穴27と同様のネジ穴(図示せず)を有している。従って、正極端子バスバー51のネジ穴に対向する位置にもインサートナット(図示せず)が埋め込まれている。また、上ケース43も下ケース31と同じ樹脂製であるので、射出成型により上記した構成要素を一体形成している。
After the
上ケース43に蓄電素子11の上部45を挿入すると、蓄電素子11の端面周囲部13の一部が当接部47に当接する。しかし、弾性部35が蓄電素子11を図1の上方向に押し上げる状態であるので、その分、上ケース43と固定棒37の間には隙間が生じた状態となる。ここで、前記隙間がなくなるように上ケース43を押し下げた状態で固定ネジ41を締め込む。その結果、上ケース43と下ケース31が接続固定される。
When the
ここまで組み立てた状態を図4に示す。バスバー21は隣の蓄電素子11の端面電極17上に被さるので、ここをレーザ溶接して電気的、機械的に接続する。この際、端面電極17の高さは端面周囲部13より高いので、バスバー21が端面周囲部13に接触して短絡することはない。また、レーザ溶接部分は図4の×印で示しているが、側面電極15に対するレーザ溶接と同様に、スポット状に多点溶接しても線状に溶接してもよい。
The state assembled so far is shown in FIG. Since the
この時、図4で最も奥の蓄電素子11の端面電極17には正極端子バスバー51を被せ、これも他のバスバー21と同様にレーザ溶接接続する。これにより、正極端子バスバー51に外部配線を行うことができる。一方、負極端子バスバー25は図4に示すように折り曲げ部分が上ケース43と嵌合するので、負極端子バスバー25にも外部配線を行うことができる。なお、本実施の形態1では外部配線を外部バスバー53により行っている。外部バスバー53は厚さ1mmの銅製であり、その一部に屈曲部55が一体形成されている。屈曲部55は外部バスバー53を固定した時に振動や熱膨張などによる応力を吸収するためのものである。また、ネジ固定を行うためのネジ穴57も設けられている。従って、外部バスバー53はネジ穴57が負極端子バスバー25のネジ穴27と合致するように配してネジ59をワッシャ60とともにインサートナット49に締め込むことにより、外部バスバー53と負極端子バスバー25を電気的に接続している。これは正極端子バスバー51に対しても同様に接続している。なお、図4では省略しているが、外部バスバー53の他端は別の蓄電ユニット61に接続している。これにより、さらに多くの蓄電ユニット61を接続することができる。
At this time, the
なお、隣り合う蓄電素子11は、上ケース43と下ケース31に挿入した際に、隙間を有するようにしている。これにより、バスバー21の平坦部23が隙間の分、長くなるので、バスバー21の変位が容易になる。その結果、当接部47で蓄電素子11が押し込まれた時に、バスバー21が容易に変位できるので、他の蓄電素子11のバスバー21による押さえ付け等の影響が低減でき、各々の蓄電素子11を、より独立して固定することができる。なお、バスバー21に前記した屈曲部を設ければ、他の蓄電素子11のバスバー21による押さえ付け等の影響をさらに吸収できる。
The adjacent
ここで、図4の点線で示した部分の断面図を図5(a)、(b)に示す。図5(a)は、あらかじめ下ケース31に固定棒37を取り付けた状態で、保持穴33に蓄電素子11の底部29を矢印方向に挿入している様子を示す一部断面図である。また、図5(b)は蓄電ユニット61の完成時の断面図である。なお、図5(a)、(b)では蓄電素子11と保持穴33の直径差によるクリアランスを省略している。
Here, a cross-sectional view of a portion indicated by a dotted line in FIG. 4 is shown in FIGS. FIG. 5A is a partial cross-sectional view showing a state in which the bottom 29 of the
前記したように、弾性部35は保持穴33の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状であるので、図5(a)の弾性部35の先端は上方向に持ち上がっている。蓄電素子11を保持穴33に挿入し終わり、弾性部35の先端に底部29の端面が当接した状態で、蓄電素子11の上部45を上ケース43に挿入し、上ケース43を固定ネジ41で固定棒37に締め込むと、図5(b)に示すように、蓄電素子11は端面周囲部13の一部が当接部47により押し下げられる。但し、固定ネジ41は皿ネジであるので、図5(b)では図示していない。この構成により、蓄電素子11の底部29が弾性部35を押し下げて固定される。この時の弾性部35の変位幅は、図5(b)に矢印で示したように、蓄電素子11の高さ誤差より大きくしているので、当接部47を基準として、蓄電素子11の高さに誤差があったとしても、弾性部35の変位量が変わることにより誤差を吸収できる。ゆえに、全ての蓄電素子11を確実に固定することができ、溶接接続部分やバスバー21への車両振動応力が低減され、高信頼性が得られる。また、弾性部35の間と保持穴33の底面の中央部分には貫通孔36を設けているので、例えば下ケース31の底面に通風するよう蓄電ユニット61を配置することにより、貫通孔36を介して蓄電素子11で発生した熱が放散される。従って、良好な放熱性が確保でき、高信頼性が得られる。
As described above, since the
以上の構成により、貫通孔36による放熱性の向上、および蓄電素子11の高さ誤差の弾性部35による吸収のため、蓄電素子11の発熱やバスバー21の変動応力疲労が低減され、高信頼性が得られる蓄電ユニットを実現できた。
With the above configuration, heat dissipation by the through
なお、図1〜図5の構成では、蓄電素子11が側面電極15を有する構成としたので、蓄電素子11の底面にバスバー21を取り付ける必要がなかったが、蓄電素子11の構造上、柱形状の両端にのみ電極を有する場合は、蓄電素子11の底面にもバスバー21を接続する必要がある。この場合の蓄電ユニット61の一部断面図を図6(a)、(b)に示す。なお、図6(a)は、あらかじめ下ケース31に固定棒37を取り付けた状態で、保持穴33に蓄電素子11の底部29を矢印方向に挿入している様子を示す一部断面図である。また、図6(b)は蓄電素子11の挿入後の一部断面図である。なお、図6(a)、(b)においても蓄電素子11と保持穴33の直径差によるクリアランスを省略している。
In the configuration of FIGS. 1 to 5, since the
バスバー21は蓄電素子11の底部29における底面で接続されるとともに、他の蓄電素子11と接続するために上部へ引き出される構造を有する。従って、図6(a)に示すように、底部29におけるバスバー21の断面はL字形状となる。この状態で、矢印の方向に底部29を保持穴33に挿入すると、弾性部35の先端が底部29の底面に当接して押し下げられるのであるが、前記底面にはバスバー21が接続されているので、前記底面は図5のような平面ではない。この場合は、図6(b)の太点線に示すように、バスバー21が接続された部分の弾性部35(右側2個)は、接続されていない部分の弾性部35(左側2個)に比べ、バスバー21の厚み分、大きく変位することになる。これにより、蓄電素子11の高さ誤差だけでなくバスバー21の厚みによる前記底面の不均一性をも弾性部35が吸収するので、バスバー21が前記底面で接続されるような構造であっても全ての蓄電素子11を確実に固定することができ、高信頼性が得られる。なお、前記底面のどのような不均一性にも対応できるようにするためには、弾性部35の数は多い方が望ましい。
The
また、本実施の形態1ではネジ59をインサートナット49で締め込む構成としたが、これはナットが当接する内幅を有するナット収納部を、上ケース43の、ネジ穴27と対向する位置に一体成型で設け、ナット収納部にナットを収納する構成としてもよい。この場合、ナットの角がナット収納部の内幅部分の壁面に当接するので、ナットが空回りすることなくネジ59を締め込むことができる。これと同じ構成を正極端子バスバー51側にも設けてもよい。
In the first embodiment, the
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2における蓄電ユニットの組立方法を示す一部断面図であり、(a)は下ケースへの蓄電素子の挿入時の一部断面図を、(b)は蓄電ユニットの完成後の一部断面図を、(c)は組立台から蓄電ユニットの取り外し時の一部断面図を、(d)は下ケース裏面への絶縁性高熱伝導グリス塗布時の一部断面図を、(e)は下ケース裏面への絶縁性高熱伝導グリス塗布後の一部断面図を、(f)は蓄電ユニットの台座への取り付け後の一部断面図を、それぞれ示す。なお、図7(a)〜(f)において、蓄電素子11と保持穴33の直径差によるクリアランスは、わかりやすくするために実際よりも誇張して示している。
(Embodiment 2)
7A and 7B are partial cross-sectional views illustrating a method for assembling the power storage unit according to
本実施の形態2の構成要素において、実施の形態1と同じものには同一の番号を付して詳細な説明を省略する。すなわち、本実施の形態2の特徴は、蓄電ユニット61を複数個並べて蓄電装置を構成する際に、下ケース31の底面に通風しないように並べても放熱性を確保できる点である。これを実現するために、本実施の形態2では、実施の形態1の構成に対して以下の構成を追加した。
In the components of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. That is, the feature of the second embodiment is that when a power storage device is configured by arranging a plurality of
1)下ケース31を金属製の台座71に固定することで、蓄電ユニット61を複数個並べる構成とした。
1) A configuration in which a plurality of
2)蓄電素子11の底部29と台座71の間、および下ケース31と台座71の間に絶縁性高熱伝導グリス73を配した。
2) Insulating high thermal
3)下ケース31の台座71との対向部分の一部に段差74を設けた。
3) A
なお、金属製の台座71として、本実施の形態2では熱伝導性が良好で軽量なアルミニウム製とした。また、絶縁性高熱伝導グリス73は、例えばシリコン樹脂にセラミックス(アルミナ)製のフィラを混合した構成とした。また、段差74は下ケース31と一体で形成され、その高さは下ケース31から台座71へ、できるだけ良好な放熱性を得るために約0.2mmとした。このように段差74を設けることで、下ケース31と台座71が対向する部分に配される絶縁性高熱伝導グリス73の厚みは段差74の高さ(0.2mm)と等しくなる。その結果、複数の蓄電ユニット61を台座71に配置した際に、下ケース31と台座71の間の絶縁性高熱伝導グリス73の厚みがそれぞれ等しくなるので、蓄電ユニット61間の放熱バラツキを低減できる。
In the second embodiment, the
次に、上記のような構成を実現するための組立方法を図7により説明する。 Next, an assembly method for realizing the above configuration will be described with reference to FIG.
まず図7(a)に示すように、あらかじめ固定棒37を固定した下ケース31を組立台75に取り付ける。取り付けは、いずれも図示していないが、下ケース31と一体で形成した固定部のネジ穴を介してネジを組立台75に締め込むことで行う。
First, as shown in FIG. 7A, the
次に、保持穴33の底面に絶縁性高熱伝導グリス73を注入する。この時の注入量は蓄電ユニット61の台座71への取り付け後における底部29と台座71の間を埋めることができる量とし、あらかじめ決定しておく。本実施の形態2においては、所定量の絶縁性高熱伝導グリス73の注入によって、図7(a)の点線で示したように、弾性部35は絶縁性高熱伝導グリス73に埋没する。従って、貫通孔36には絶縁性高熱伝導グリス73が充填された状態となる。なお、決定した量だけ絶縁性高熱伝導グリス73を注入するために、ディスペンサを用いた。
Next, insulating high thermal
次に、保持穴33に蓄電素子11の底部29を矢印方向に挿入し、図示していないが、実施の形態1と同様に上ケース43を固定棒37に固定し、バスバー21の溶接接続をすることにより、蓄電ユニット61の組み立てを完了する。この時の下ケース31近傍の断面図を図7(b)に示す。底部29を保持穴33に挿入することにより、底部29の底面が弾性部35の先端と当接して、弾性部35が押し下げられる。その結果、実施の形態1と同様に、蓄電素子11の高さ誤差を吸収でき、確実な保持が可能となる。
Next, the
また、底部29の底面と保持穴33の壁面と組立台75で囲まれる空間が絶縁性高熱伝導グリス73で満たされる。同時に、底部29を保持穴33に挿入することで、絶縁性高熱伝導グリス73は両者の隙間(クリアランス部分)を通って上昇し、隙間を埋める。これらにより、底部29と保持穴33の隙間、すなわち前記空間と前記クリアランス部分において、全体が絶縁性高熱伝導グリス73で満たされる。この際、絶縁性高熱伝導グリス73を底部29で圧縮しながら蓄電素子11を保持穴33に挿入するので、熱伝導を悪化させる気泡を生じることなく絶縁性高熱伝導グリス73を配することができる。また、絶縁性高熱伝導グリス73の一部は段差74によって形成された、下ケース31と組立台75の隙間にも広がる。
In addition, the space surrounded by the bottom surface of the
次に図7(c)に示すように、蓄電ユニット61を組立台75から取り外す。具体的には、両者を取り付けていたネジ(図示せず)を取り外してから蓄電ユニット61を持ち上げる。この工程により絶縁性高熱伝導グリス73は下ケース31側と組立台75側の両方に付着し、その表面は図7(c)に示すように凹凸状となる。
Next, as shown in FIG. 7C, the
そこで、この凹凸を平滑化すると同時に下ケース31の底面に段差74の高さ分の絶縁性高熱伝導グリス73を塗布するために、取り外した蓄電ユニット61の上下をひっくり返す。この時の状態を図7(d)に示す。ここでスキージ77を用いて、それを矢印方向に動かすことにより、段差74以外の下ケース31の底面に対し絶縁性高熱伝導グリス73を塗布する。この際、実施の形態1で述べたように固定ネジ41を皿ネジとしているので、固定ネジ41の頭部が下ケース31から飛び出していない。従って、図7(e)に示すように、下ケース31の全底面(段差74を除く)に対してスキージ77により一度に平滑に絶縁性高熱伝導グリス73の塗布が行える。この際、万一オープンポア(開いた気泡)を有していても、再度スキージ77により絶縁性高熱伝導グリス73を塗布することで、オープンポアがない状態とすることができる。
Therefore, in order to smooth the unevenness and simultaneously apply insulating high heat
その後、図7(f)に示すように、蓄電ユニット61を上下ひっくり返して元に戻し、その状態で台座71にネジ(図示せず)で固定することで、蓄電ユニット61の取り付けが完了する。
After that, as shown in FIG. 7 (f), the
このような組立方法により、底部29の底面と保持穴33の壁面と台座71で囲まれる空間、保持穴33と底部29のクリアランス部分、および下ケース31と台座71の間のそれぞれに気泡を生じることなく均一な量の絶縁性高熱伝導グリス73を配することができるので、図7(f)の矢印で示したように、蓄電素子11の熱を台座71にバラツキなく効率的に伝達することが可能となる。
By such an assembling method, bubbles are generated in the space surrounded by the bottom surface of the
以上の構成により、蓄電素子11の底部29が絶縁性高熱伝導グリス73を介して台座71と熱結合されることにより、下ケース31の底面への通風ができない構成であっても効率的に放熱することができる上に、高さ誤差のある蓄電素子11の確実な保持が可能となるので、高信頼な蓄電ユニットを実現できた。
With the above configuration, the
なお、台座71には放熱性をさらに改善するために、蓄電ユニット61が固定される面の裏側にフィンを設けたり、台座71の内部や外表面に冷却水を流す水路を設ける構成としてもよい。
In addition, in order to further improve the heat dissipation, the
また、本実施の形態2では蓄電ユニット61を組み立てる際に、一旦組立台75で組み立ててから台座71に取り付ける工程としたが、工程を簡略化するために組立台75を用いず最初から台座71に下ケース31を固定して組み立てる方法も考えられる。しかし、この場合は図7(c)のように下ケース31を組立台75から外す工程がないため、絶縁性高熱伝導グリス73が弾性部35の裏面にも確実に充填されているか否かを確かめることができない上、もし充填されておらず気泡を有していた場合には、後からそこに絶縁性高熱伝導グリス73を充填することができない。さらに、多数の蓄電ユニット61を用いる蓄電装置であれば、台座71が大面積となり、組立作業性が極めて悪くなる。これらの理由から、組立台75を用いる工程が望ましい。
In the second embodiment, when assembling the
また、本実施の形態2では、下ケース31に段差74を一体で設ける構成としたが、これは段差74の替わりに、下ケース31と台座71の間の一部に例えば厚さ0.2mmのスペーサを介在させる構成としてもよい。スペーサの材料としては、少なくとも下ケース31と同等か、それ以上の高熱伝導性材料(例えば金属やカーボン)とすればよい。これにより、段差74を設けた場合に比べ、構成部品数は増えるものの、下ケース31から台座71へのさらなる放熱性の改善が図れる。
Further, in the second embodiment, the
また、実施の形態1、2では蓄電素子11が円柱形状であるとして説明したが、これは角柱形状でもよい。さらに、蓄電素子11に電気二重層キャパシタを用いた構成を説明したが、これは電気化学キャパシタ等の他のキャパシタや二次電池等でもよい。
Moreover, although
また、実施の形態1、2で述べた蓄電ユニット61は車両の補助電源用に限定されるものではなく、一般の非常用補助電源等にも適用可能である。
Further, the
本発明にかかる蓄電ユニットは、貫通孔による高放熱性と、蓄電素子の高さ誤差を弾性部が吸収する構成によるバスバーの変動応力疲労の低減とから高信頼性が得られるので、特に熱環境が厳しく、かつ振動を受ける車両用蓄電ユニット等として有用である。 The power storage unit according to the present invention has high reliability due to the high heat dissipation due to the through-holes and the reduced stress fatigue of the bus bar due to the configuration in which the elastic portion absorbs the height error of the power storage element. This is useful as a power storage unit for a vehicle which is severe and receives vibration.
11 蓄電素子
21 バスバー
29 底部
31 下ケース
33 保持穴
35 弾性部
36 貫通孔
43 上ケース
45 上部
47 当接部
71 台座
73 絶縁性高熱伝導グリス
74 段差
DESCRIPTION OF
Claims (7)
隣り合う前記蓄電素子の側面電極と端面電極どうしを直列接続するバスバーと、
前記蓄電素子の底部がそれぞれ挿入される保持穴を有するとともに、前記底部の端面と当接する複数の弾性部を前記保持穴の底面に設けた下ケースと、
前記蓄電素子の上部が挿入されるとともに、前記上部の端面の少なくとも一部が当接する上ケースとから構成され、
前記複数の蓄電素子の各端面電極は、同じ方向に設けられ、
前記弾性部は前記保持穴の底面において、前記保持穴の壁面側から中央上方に向かう片持ち梁形状に形成されるとともに、
隣り合う前記弾性部の間、および前記保持穴の底面の中央部分を貫通孔とし、
前記弾性部の変位幅は複数の前記蓄電素子の高さ誤差より大きくした蓄電ユニット。 The plurality of power storage elements that are pillar-shaped , have side-surface electrodes and end-surface electrodes on side surfaces and end surfaces, respectively, and are arranged in a direction perpendicular to the height direction ;
A bus bar for connecting side electrodes and end electrodes of the power storage elements adjacent to each other in series ;
A lower case provided with a plurality of elastic parts on the bottom surface of the holding hole, each having a holding hole into which the bottom part of the electricity storage element is inserted, and an end surface of the bottom part;
The upper part of the power storage element is inserted, and is configured from an upper case with which at least a part of the end face of the upper part comes into contact,
Each end face electrode of the plurality of power storage elements is provided in the same direction,
The elastic part is formed in a cantilever shape from the wall surface side of the holding hole toward the upper center on the bottom surface of the holding hole,
Between the adjacent elastic parts and the central part of the bottom surface of the holding hole as a through hole,
A power storage unit in which a displacement width of the elastic portion is larger than a height error of the plurality of power storage elements.
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