JP5578622B2 - 電池保持用フレーム、電源装置および電池モジュール - Google Patents

電池保持用フレーム、電源装置および電池モジュール Download PDF

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Description

本発明は、電池保持用フレーム、電源装置および電池モジュールに関する。
近年、二酸化炭素を発生させない、環境にやさしい発電として太陽光発電が注目を受けている。それに伴い、太陽電池モジュールの価格下落が進み、家庭用の電力補助手段としての太陽光発電システムが普及しつつある。
太陽光発電システムは、太陽の光エネルギを電気に変える太陽電池パネルと、太陽電池パネルで発電された電力を貯蔵する電力貯蔵用の蓄電池(二次電池)とを含んで構成されている。このように、太陽光発電システムでは、電力貯蔵用の蓄電池を備えることにより、日中は太陽電池パネルで発生した電力を蓄電池に充電し、夜間は蓄電池を放電させて蓄電池に蓄えた電力を使用することができる。これにより、エネルギー効率を向上させることが可能となる。
また、近年、二酸化炭素削減やエネルギー問題への対策として、低燃費で低排気ガスのハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)や電気自動車(EV:Electric Vehicle)の普及に期待が高まっている。そのため、ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される電源装置(二次電池)についてもその需要が高くなってきている。
ここで、電力貯蔵用の定置型電池や車載用の二次電池では、高いエネルギー密度とエネルギー変換効率を持ち、かつ、より長い充放電サイクル寿命等が求められる。このため、これらの用途に二次電池を用いる場合には、専用電池とされるのが一般的である。
しかしながら、二次電池を専用設計した場合、製造コストの低減を図ることが困難になるという不都合がある。そのため、一般的に普及している汎用二次電池を用いることで、製造コストの低減を図る提案もなされている。たとえば、標準型の汎用電池セルを多数用いて作製された電池モジュールを、車載用や電力貯蔵用の二次電池として用いる提案がなされている。なお、このような二次電池の一例が、たとえば、特許文献1に開示されている。
特開2008−41369号公報
太陽光発電システムなどにおいては、設置される太陽電池パネルの大きさ等によって、蓄電池の容量が異なる場合がある。このような場合、太陽電池パネルの大きさ等に合わせた容量の蓄電池を用いるのが好ましい。
しかしながら、特許文献1に記載されたような従来の二次電池(電源装置)では、電池容量を調整することが困難であるという問題点がある。たとえば、従来の二次電池(電源装置)の容量が6kWhの場合、電池容量を増やそうとすると、12kWh(2個接続)、18kWh(3個接続)などとなる。このため、太陽電池パネルの大きさ等に合わせた容量の蓄電池(二次電池)を提供することが困難になる。なお、太陽電池パネルの大きさ等に対して、電池容量が大きすぎる場合、システム全体のコスト上昇を招くとともに、容量の無駄が多くなる。一方、電池容量が小さい場合、エネルギー効率が低下する。
また、従来の二次電池では、たとえば、多数用いた電池(汎用電池セル)の1つに欠陥や劣化が生じた場合に、欠陥や劣化が生じた電池(電池セル)だけを交換することが困難であるという問題点もある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、電池容量を調整可能とする電池保持用フレーム、電源装置、および、電池モジュールを提供することである。
この発明のもう1つの目的は、電池の交換が容易な電池保持用フレーム、電源装置、および、電池モジュールを提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による電池保持用フレームは、電池を保持する複数の収容部を有するフレーム部と、収容部内に設けられ、電池の一方の極に接する接触部を有する電極端子部材と、フレーム部に設けられ、収容部に沿った導電部材とを備えている。そして、上記フレーム部には、他の部材を着脱可能に接続するための第1係合部が形成されている。
この第1の局面による電池保持用フレームでは、上記のように、フレーム部に複数の収容部を設けることによって、このフレーム部内に複数の電池を保持することができる。また、フレーム部に、他の部材を着脱可能に接続する第1係合部を形成することによって、この第1係合部により、たとえば、フレーム部同士、または、フレーム部とエンドプレートとを着脱可能に接続することができる。さらに、収容部内に電池の一方の極に接する接触部を有する電極端子部材を設けるとともに、フレーム部に収容部に沿った導電部材を設けることによって、これら電極端子部材および導電部材を用いて、複数の電池を電気的に接続することができる。したがって、第1の局面による電池保持用フレームを用いることによって、電池の増減が容易となるので、電池容量を容易に調整(制御)することが可能となる。
また、第1の局面による電池保持用フレームでは、収容部に電池を保持する構成としているため、出力電圧が低下した場合など、ある電池に欠陥や劣化が生じた際に、その電池だけを容易に交換することができる。
上記第1の局面による電池保持用フレームにおいて、好ましくは、複数の収容部は、それぞれ、円筒状の電池に対応した円柱状の空間部から構成されているとともに、所定の距離を隔てて互いに平行に配されており、隣り合う収容部間に導電部材が配されている。このように構成すれば、たとえば、円筒型の汎用電池(電池セル)を容易に収容部に保持することができる。加えて、隣り合う収容部間に導電部材を配することによって、この導電部材を、複数の電池を接続するための配線として容易に用いることができる。
この場合において、上記導電部材は複数設けられており、複数の導電部材が収容部の近傍に1つずつ設けられているのが好ましい。たとえば、フレーム部に保持される電池の個数と同数の導電部材がフレーム部に設けられており、保持された電池の近傍に導電部材が1つずつ設けられているのが好ましい。
上記第1の局面による電池保持用フレームにおいて、好ましくは、第1係合部は、フレーム部における電池の極に対応した端面にそれぞれ設けられており、スライド移動により係合可能に構成されている。このように構成すれば、容易に、他の部材(たとえば、他のフレーム部やエンドプレートなど)を着脱可能に接続することができる。加えて、他の部材を接続した際に、収容部内に保持されている電池を、容易に、他の部材と電気的に接続することができる。
上記第1の局面による電池保持用フレームにおいて、導電部材の一方の端部は、フレーム部の一方側の第1端面から露出しており、電極端子部材の一端部分、および、導電部材の他方の端部は、フレーム部の他方側の第2端面から露出しているのが好ましい。
この発明の第2の局面による電源装置は、上記第1の局面による電池保持用フレームと、この電池保持用フレームのフレーム部に着脱可能に取り付けられるエンドプレートとを備えている。エンドプレートは、第1係合部と係合する第2係合部および電力取り出し出力片を有する第1エンドプレートと、第1係合部と係合する第3係合部を有する第2エンドプレートとを含み、第1エンドプレートおよび第2エンドプレートは、それぞれ、収容部内に保持された電池と電気的に接続される接続部材を有している。そして、エンドプレートが取り付けられた場合に、電池保持用フレームの導電部材と、エンドプレートの接続部材とを介して、収容部に保持された複数の電池が直列に接続される。
この第2の局面による電源装置では、上記のように、フレーム部に着脱可能に取り付けられるエンドプレートを備えることによって、フレーム部の接続数を増減可能な電源装置を得ることができる。そして、電池が収容されるフレーム部の接続数を変えることにより、接続される電池の個数を変えることができるので、電池容量を容易に調整(制御)することができる。
また、第2の局面では、電池保持用フレームにエンドプレートを取り付けた場合に、収容部に保持された複数の電池が直列に接続される構成とすることによって、複数の電池が直列接続された電源装置を得ることができる。
さらに、第2の局面では、収容部に保持された複数の電池が直列に接続されているため、たとえば、第1エンドプレートの電力取り出し出力片に検査用端子を接続することにより、保持されている複数の電池に欠陥や劣化が生じているか否かを検査することができる。また、電池保持用フレームは着脱可能であるため、欠陥や劣化が生じた電池が含まれている場合、その電池だけを容易に交換することができる。
この発明の第3の局面による電源装置は、上記第1の局面による電池保持用フレームと、この電池保持用フレームのフレーム部に着脱可能に取り付けられるエンドプレートとを備えている。エンドプレートは、第1係合部と係合する第2係合部および電力取り出し出力片を有する第3エンドプレートと、第1係合部と係合する第3係合部を有する第4エンドプレートとを含み、第3エンドプレートおよび第4エンドプレートは、それぞれ、収容部内に保持された電池と電気的に接続される接続部材を有している。そして、エンドプレートが取り付けられた場合に、電池保持用フレームの導電部材と、エンドプレートの接続部材とを介して、収容部に保持された複数の電池が並列に接続される。
この第3の局面による電源装置では、上記のように、フレーム部に着脱可能に取り付けられるエンドプレートを備えることによって、フレーム部の接続数を増減可能な電源装置を得ることができる。そして、電池が収容されるフレーム部の接続数を変えることにより、接続される電池の個数を変えることができるので、電池容量を容易に調整(制御)することができる。
また、第3の局面では、電池保持用フレームにエンドプレートを取り付けた場合に、収容部に保持された複数の電池が並列に接続される構成とすることによって、複数の電池が並列接続された電源装置を得ることができる。
なお、第3の局面においても、電池保持用フレームは着脱可能であるため、欠陥や劣化が生じた電池が含まれている場合には、その電池だけを容易に交換することができる。
上記第3および第4の局面による電源装置において、好ましくは、電池保持用フレームに複数の導電部材が設けられている。この場合、上記第3の局面による電源装置においては、複数の導電部材とエンドプレートの接続部材とを介して、収容部に保持された複数の電池が直列に接続されるように構成されているのが好ましい。一方、上記第4の局面による電源装置においては、複数の導電部材のうちの一部の導電部材とエンドプレートの接続部材とを介して、収容部に保持された複数の電池が並列に接続されるように構成されているのが好ましい。
この発明の第4の局面による電池モジュールは、上記第2の局面による電源装置および上記第3の局面による電源装置の少なくとも一方の電源装置を複数備えている。このように構成すれば、複数の電池が、直列または並列に接続された構成に容易にすることができる。加えて、電池の接続数も容易に増減することができる。このため、容易に、電池容量を調整(制御)することが可能な電池モジュールを得ることができる。
上記第4の局面による電池モジュールにおいて、電源装置の電力取り出し出力片が互いに電気的に接続されることで、電源装置内に収容された複数の電池が、直並列に接続された構成とすることもできる。
上記第4の局面による電池モジュールにおいて、各電源装置は、電池保持用フレームが複数接続された構成を有しているのが好ましい。このように構成すれば、大容量の電池モジュールを容易に得ることができる。
以上のように、本発明によれば、電池容量を調整可能とする電池保持用フレーム、電源装置、および、電池モジュールを容易に得ることができる。
また、本発明によれば、電池の交換が容易な電池保持用フレーム、電源装置、および、電池モジュールを容易に得ることができる。
本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームの斜視図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の分解斜視図(図1の反対側から見た図)である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームの斜視図(電池を保持した状態の図)である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームの側面図(図5のb1方向の図)である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームの側面図(図5のb2方向の図)である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームの断面図(図6のd1−d1線に沿った断面に対応する図)である。 本発明の一実施形態による電源装置の側面図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の断面図(図9のd2−d2線に沿った断面に対応する図)である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の断面図(図9のd2−d2線に沿った断面に対応する図)である。 本発明の一実施形態による電源装置の電池の接続状態(並列接続)を示した図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の断面図(図9のd2−d2線に沿った断面に対応する図)である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の断面図(図9のd2−d2線に沿った断面に対応する図)である。 本発明の一実施形態による電源装置の電池の接続状態(直列接続)を示した図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームの一部を示した断面図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームに設けられる電極端子部材の斜視図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームに設けられる電極端子部材の斜視図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームの他の一部を示した断面図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームに設けられる導電部材の斜視図である。 本発明の一実施形態による電池保持用フレームに設けられる導電部材の斜視図である。 本発明の一実施形態による電源装置の一部を示した断面図(フレーム部とエンドプレートとの接続を説明するための図)である。 本発明の一実施形態による電源装置の一部を示した断面図(フレーム部とエンドプレートとの接続を説明するための図)である。 本発明の一実施形態による電源装置の一部を示した断面図(フレーム部とエンドプレートとの接続を説明するための図)である。 本発明の一実施形態による電源装置(電池保持用フレームが複数接続された電源装置)の斜視図である。 本発明の一実施形態による電源装置の一部を示した断面図(フレーム部同士の接続を説明するための図)である。 本発明の一実施形態による電源装置の一部を示した断面図(フレーム部同士の接続を説明するための図)である。 本発明の一実施形態による電源装置の一部を示した断面図(フレーム部同士の接続を説明するための図)である。 本発明の一実施形態による電源装置(電池保持用フレームが複数接続された電源装置)の電池の接続状態(直並列接続)を示した図である。 本発明の一実施形態による電源装置(電池保持用フレームが複数接続された電源装置)の電池の接続状態(直列接続)を示した図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールを示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュール内に保持された電池の接続状態を示した図である。 本発明の一実施形態による電池モジュール内に保持された電池の接続状態を示した図である。 本発明の一実施形態による電池モジュール内に保持された電池の接続状態を示した図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールにおける電池の検査方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールにおける電池の検査方法を説明するための図である。 本発明の変形例による電池保持フレームの側面図である。 本発明の他の変形例による電池モジュールの斜視図である。 本発明の他の変形例による電池モジュールの斜視図である。 本発明の他の変形例による電源装置(並列接続)の断面図である。 本発明の他の変形例による電源装置(直列接続)の断面図である。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の分解斜視図である。図2は、本発明の一実施形態による電池保持用フレームを用いた電源装置の斜視図である。図3は、本発明の一実施形態による電池保持用フレームの斜視図である。図4〜図24は、本発明の一実施形態による電池保持用フレームおよび電源装置を説明するための図である。まず、図1〜図24を参照して、本発明の一実施形態による電池保持用フレームおよびその電池保持用フレームを用いた電源装置について説明する。
一実施形態による電源装置100は、図1〜図3に示すように、内部に複数の電池(電池セル)150が収容される構造を有しており、電池150を保持する電池保持用フレーム50と、電池保持用フレーム50に取り付けられるエンドプレート10とを備えている。
電源装置100に収納される電池150は、たとえば、汎用二次電池である円筒型リチウムイオン二次電池からなる。一実施形態では、円筒型リチウムイオン二次電池として、18650型のリチウムイオン二次電池が用いられている。18650型リチウムイオン二次電池は、直径18mm、長さ65mmの円筒型の二次電池であり、民生用電子機器などに一般的に使用されている。そのため、18650型のリチウムイオン二次電池は、標準型電池として広く普及している。
電源装置100に用いられる電池保持用フレーム50は、図3〜図5に示すように、略直方体状のフレーム部51を含んで構成されている。このフレーム部51は、絶縁性の樹脂材料(たとえば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂など)から形成されており、電池150を保持するための複数の収容部52を有している。なお、一実施形態では、上記電池保持用フレーム50(フレーム部51)は、複数の電池150が互いに平行な状態で収容可能に構成されている。
また、図5〜図7に示すように、フレーム部51は、略長方形状を有する一対の端面53(53aおよび53b)を有している。一対の端面53(53aおよび53b)は、それぞれ、A方向に延びる(長辺がA方向に沿う)とともに、A方向と直交するB方向において、互いに対向するように形成されている。なお、フレーム部51の端面53aは、本発明の「第1端面」の一例であり、フレーム部51の端面53bは、本発明の「第2端面」の一例である。
また、一実施形態による電池保持用フレーム50は、そのフレーム部51の厚み(C方向の厚みt)が電池150の直径よりも大きく形成されている。さらに、フレーム部51のB方向の長さLは、電池150の長さよりも大きく形成されている。具体的には、フレーム部51の厚みtは、たとえば、20mm〜40mm程度とされており、フレーム部51のB方向の長さLは、たとえば、60mm〜80mm程度とされている。
複数の収容部52は、図3および図5に示すように、それぞれ、円筒型の電池150に対応する円柱状の空間部52aからなる。また、複数の収容部52(空間部52a)は、それぞれ、フレーム部51における一方の端面53aからB方向に掘り込まれることによって形成されている。このため、フレーム部51における一方の端面53aには、収容部52に電池150を挿入(出し入れ)するための開口52bが設けられている。なお、収容部52を構成する空間部52aの直径は、電池150を保持するために、電池150の直径と同等か、それより若干大きい寸法とされている。また、空間部52aのB方向の長さは、電池150の長さよりも少し長く形成されている。
また、図6に示すように、複数の収容部52は、端面53aの長手方向(A方向)に、所定の間隔(たとえば、3mm〜5mm程度)を隔てて、一列に配列にされている。さらに、上記収容部52(空間部52a)は、フレーム部51をB方向に貫通しない構成とされている。このため、上記収容部52(空間部52a)は、フレーム部51の他方の端面53b側に底部52cを有している。
このように、一実施形態による電池保持用フレーム50は、収容部52に電池150を保持した際に、フレーム部51のA方向に複数の電池150が一例に配列されるように構成されている。なお、一実施形態では、電池保持用フレーム50(フレーム部51)に、4本の電池150が保持されるように、4つの収容部52を設けた例を示しているが、収容される電池150の本数は4本に限らず、4本以外の複数本であってもよい。そのため、フレーム部51の収容部52の数も、4つに限らず、4つ以外の複数であってもよい。
ここで、本実施形態では、図8に示すように、電池保持用フレーム50の各収容部52内に、電極端子部材60が設けられている。この電極端子部材60は、フレーム部51において、収容部52の底部52c側に保持されており、その一部が、収容部52側に露出されている。また、電極端子部材60は、収容部52側に露出される部分に接触部61を有している。そして、電池150を収容部52に収容(保持)した際に、電池150の一方の極(たとえば、マイナス極)が電極端子部材60の接触部61と接するように構成されている。一方、電極端子部材60の一端部分62(接触部61と反対側の端部)は、フレーム部51の他方の端面53bから露出されている。
また、一実施形態による電池保持用フレーム50は、複数の導電部材70をさらに有している。これら複数の導電部材70は、フレーム部51における収容部52とは異なる部分に、収容部52に沿うように設けられている。また、上記導電部材70は、収容部52の数と同数設けられており、収容部52の近傍に導電部材70が1つずつ配されている。具体的には、複数の導電部材70は、隣り合う収容部52間に、1つの導電部材70が配されるように、(A方向(端面53の長手方向)に一列に配列されている。また、各導電部材70は、フレーム部51における収容部52の延び方向(B方向)に延びるように形成されている。さらに、導電部材70の全長は、フレーム部51のB方向の長さLと同程度となっている。そのため、フレーム部51の両端面(端面53aおよび端面53b)から、導電部材70の一部が露出している。具体的には、図6〜図8に示すように、導電部材70の一方の端部が、フレーム部51の一方の端面53aから露出されており、導電部材70の他方の端部は、フレーム部51の他方の端面53bから露出されている。
したがって、一実施形態による電池保持用フレーム50は、図7に示すように、フレーム部51の他方の端面53bに、導電部材70と電極端子部材60とが露出された状態となっている。一方、図6に示すように、フレーム部51の一方の端面53aには、導電部材70が露出された状態となっている。なお、収容部52に電池150を保持した状態では、フレーム部51の一方の端面53aには、導電部材70とともに、電池150の他方の極(たとえば、プラス極)も露出される。
また、図1、図2および図4に示すように、一実施形態による電池保持用フレーム50は、フレーム部51の端面53にエンドプレート10が取り付けられることによって、電源装置100に構成される。また、電池保持用フレーム50のフレーム部51には、上記エンドプレート10を着脱可能に接続(固定)するための係合部54が形成されている。この係合部54は、フレーム部51の両端面(端面53aおよび端面53b)にそれぞれ形成されている。すなわち、上記係合部54は、電池150の極に対応した端面にそれぞれ設けられている。フレーム部51の一方の端面53aに形成される係合部54は、たとえば、鉤状の係合片54aからなり、フレーム部51の他方の端面53bに形成される係合部54は、鉤状の係合片54aと係合可能な形状となっている。なお、係合部54は、本発明の「第1係合部」の一例である。
また、図8に示すように、フレーム部51の係合部54は、両端面53の長手方向(A方向)の両端に形成されており、各係合部54は、それぞれ、凹部5aと凸部5bとを有している。そして、これらの係合部54は、フレーム部51に一体的に形成されている。
エンドプレート10は、図1に示すように、フレーム部51の一方の端面53aに取り付けられ、電力取り出し出力片21を有する前端用エンドプレート20と、フレーム部51の他方の端面53bに取り付けられる後端用エンドプレート30とを含んで構成されている。なお、前端用エンドプレート20は、本発明の「第1エンドプレート」および「第3エンドプレート」の一例であり、後端用エンドプレート30は、本発明の「第2エンドプレート」および「第4エンドプレート」の一例である。
前端用エンドプレート20は、図4および図9に示すように、フレーム部51の端面53aと対向する面が、フレーム部51の端面53aと同様の略長方形状に形成されている。そして、前端用エンドプレート20におけるフレーム部51の端面53aと対向する面側に、フレーム部51の一方の端面53aに形成された係合部54(係合片54a)と係合する係合部24が形成されている。この係合部24は、フレーム部51の他方の端面53bに形成された係合部54と同様の形状に形成されている。また、係合部24は、上記係合部54と同様、凹部5aと凸部5bとを有している。前端用エンドプレート20は、樹脂材料から構成されており、上記係合部24が一体的に形成されている。なお、前端用エンドプレート20の係合部24は、本発明の「第2係合部」の一例である。
後端用エンドプレート30は、図1に示すように、フレーム部51の端面53bと対向する面が、フレーム部51の端面53bと同様の略長方形状に形成されている。また、後端用エンドプレート30におけるフレーム部51の端面53bと対向する面側には、フレーム部51の他方の端面53bに形成された係合部54と係合する係合部34が形成されている。この係合部34は、フレーム部51の一方の端面53aに形成された係合部54(併合片54a)と同様の形状に形成されている。また、係合部34は、上記係合部54と同様、凹部5aと凸部5bとを有している。後端用エンドプレート30も、上記前端用エンドプレート20と同様、樹脂材料から構成されており、上記係合部34が一体的に形成されている。なお、後端用エンドプレート30の係合部34は、本発明の「第3係合部」の一例である。
また、エンドプレート10とフレーム部51とは、互いに逆方向にスライド移動させることにより、係合部同士が係合して接続(固定)される。たとえば、フレーム部51に、前端用エンドプレート20を接続する場合、図10に示すように、前端用エンドプレート20をフレーム部51に対して、矢印C1方向にスライド移動させるとともに、フレーム部51を前端用エンドプレート20に対して、矢印C2方向にスライド移動させる。これにより、前端用エンドプレート20の係合部24の凹部5a(図1参照)に、フレーム部51の係合部54(係合片54a)の凸部5b(図1参照)が嵌合するとともに、前端用エンドプレート20の係合部24の凸部5b(図1参照)が、フレーム部51の係合部54(係合片54a)の凹部5a(図1参照)に嵌合することで、前端用エンドプレート20の係合部24とフレーム部51の係合部54とが係合される。そして、図2に示すように、前端用エンドプレート20の係合部24が、フレーム部51の係合部54と係合することにより、前端用エンドプレート20がフレーム部51(電池保持用フレーム50)に取り付けられる。取り付けられた前端用エンドプレート20を取り外す場合は、上記とは逆方向に、前端用エンドプレート20およびフレーム部51をスライド移動させればよい。これにより、前端用エンドプレート20の係合部24とフレーム部51の係合部54との係合が解除される。
なお、後端用エンドプレート30とフレーム部51との着脱についても、上記した、前端用エンドプレート20とフレーム部51との着脱方法と同様にして行うことができる。
また、本実施形態では、後述するように、フレーム部51に形成された係合部54は、フレーム部51同士を接続する際にも用いられる。すなわち、一実施形態による電池保持用フレーム50(フレーム部51)は、係合部54を介して、他の電池保持用フレーム50(フレーム部51)を着脱可能に構成されている。フレーム部51に、他のフレーム部51を着脱する際にも、上記した、前端用エンドプレート20とフレーム部51との着脱方法と同様にして行うことができる。
前端用エンドプレート20および後端用エンドプレート30は、図11および図14に示すように、それぞれ、その内部に導電性の接続部材15を有している。エンドプレート10の接続部材15は、図12および図15に示すように、エンドプレート10を電池保持用フレーム50(フレーム部51)に取り付けた際に、電池保持用フレーム50に保持された電池150と電気的に接続される。そして、エンドプレート10の接続部材15を介して、電池保持用フレーム50内に保持されている複数の電池150が互いに電気的に接続される。
また、本実施形態では、前端用エンドプレート20および後端用エンドプレート30は、それぞれ、並列接続用と直列接続用との2種類用意されている。そして、フレーム部51に取り付けるエンドプレート10の種類を変えることによって、電池保持用フレーム50内に保持されている複数の電池150の接続が、並列接続または直列接続とされる。
ここで、複数の電池150が並列接続された電源装置100および複数の電池150が直列接続された電源装置100について、より詳細に説明する。なお、以下の説明では、1つの電池保持用フレーム50に、前端用エンドプレート20および後端用エンドプレート30が取り付けられた電源装置100を例にして説明する。
複数の電池150が並列接続された電源装置100は、図11に示すように、並列接続用のエンドプレート10が電池保持用フレーム50に取り付けられている。並列接続用の前端用エンドプレート20(20a)は、図11および図12に示すように、2つの電力取り出し出力片21を有している。また、並列接続用の前端用エンドプレート20a内には、上記した接続部材15が設けられている。接続部材15は、一方の電力取り出し出力片21と接続された第1接続部材25と、他方の電力取り出し出力片21と接続された第2接続部材26とを含んで構成されている。
第1接続部材25は、前端用エンドプレート20の対向面(フレーム部51の端面53aと対向する面)から露出された複数の所定数(4つ)の接触部25aを有している。そして、複数の所定数の接触部25aは、それぞれ、フレーム部51の収容部52(収容部52に保持された電池150)と対応するように配置されており、前端用エンドプレート20aを電池保持用フレーム50に取り付けた際に、各接触部25aが電池150の他方の極(たとえば、プラス極)と1対1で当接するように構成されている。また、複数の接触部25aは、前端用エンドプレート20aの内部において、互いに電気的に接続されている。
一方、第2接続部材26は、前端用エンドプレート20aの対向面(フレーム部51の端面53aと対向する面)から露出された1つの接触部26aを有している。そして、この接触部26aは、フレーム部51に設けられた複数の導電部材70のうちの1つの導電部材70と対応するように配置されており、前端用エンドプレート20aを電池保持用フレーム50に取り付けた際に、この接触部26aが導電部材70の端部と1対1で当接するように構成されている。なお、前端用エンドプレート20aが電池保持用フレーム50に取り付けられていない状態において、第2接続部材26は、第1接続部材25と電気的に分離された状態となっている。
並列接続用の後端用エンドプレート30(30a)は、その内部に、上記した接続部材15を有している。この接続部材15は、後端用エンドプレート30aの対向面(フレーム部51の端面53bと対向する面)から露出された複数の所定数(5つ)の接触部15aを有している。複数の接触部15aのうちの一部(4つ)の接触部15aは、それぞれ、フレーム部51の電極端子部材60と対応するように配置されている。その一方、複数の接触部15aのうちの残り(1つ)の接触部15aは、前端用エンドプレート20aの第2接続部材26(接触部26a)が電気的に接続される導電部材70と対応するように配置されている。そして、後端用エンドプレート30aを電池保持用フレーム50に取り付けた際に、電極端子部材60と対応するように配置された接触部15aが、各電極端子部材60と1対1で当接するとともに、フレーム部51の導電部材70と対応するように配置された接触部15aが、導電部材70の端部と当接するように構成されている。
このように、並列接続用のエンドプレート10(20a、30a)が取り付けられた電池保持用フレーム50(電源装置100)は、図13に示すように、保持された電池150が並列接続された状態となる。
また、複数の電池150が直列接続された電源装置100は、図14に示すように、直列接続用のエンドプレート10が電池保持用フレーム50に取り付けられている。直列接続用の前端用エンドプレート20(20b)は、図14および図15に示すように、2つの電力取り出し出力片21を有している。また、直列接続用の前端用エンドプレート20b内には、上記した接続部材15が設けられている。接続部材15は、一方の電力取り出し出力片21と接続された第1接続部材25と、他方の電力取り出し出力片21と接続された第2接続部材26と、電力取り出し出力片21とは接続されていない第3接続部材27とを含んで構成されている。なお、本実施形態では、複数(たとえば、3つ)の第3接続部材27が設けられている。また、第3接続部材27は、第1接続部材25と第2接続部材26との間に配されている。
第1接続部材25は、前端用エンドプレート20bの対向面(フレーム部51の端面53aと対向する面)から露出された1つの接触部25aを有している。そして、この接触部25aは、フレーム部51の収容部52(収容部52に保持された電池150)の1つと対応するように配置されており、前端用エンドプレート20bを電池保持用フレーム50に取り付けた際に、接触部25aが電池150の他方の極(たとえば、プラス極)と1対1で当接するように構成されている。
第2接続部材26は、上記並列接続用の前端用エンドプレート20a(図11参照)と同様に構成されている。
第3接続部材27は、それぞれ、前端用エンドプレート20bの対向面(フレーム部51の端面53aと対向する面)から露出された一対(2つ)の接触部27aおよび27bを有している。一対の接触部のうちの一方の接触部27aは、フレーム部51の導電部材70と対応するように配置されており、他方の接触部27bは、フレーム部51の収容部52(収容部52に保持された電池150)と対応するように配置されている。そして、前端用エンドプレート20bを電池保持用フレーム50に取り付けた際に、一方の接触部27aが導電部材70の端部と1対1で当接するとともに、他方の接触部27bが電池150の他方の極(たとえば、プラス極)と1対1で当接するように構成されている。また、上記一対の接触部27aおよび27bは、前端用エンドプレート20bの内部において、互いに電気的に接続されている。
直列接続用の後端用エンドプレート30(30b)は、その内部に、上記した接続部材15を複数(たとえば、4つ)有している。これら複数の接続部材15は、それぞれ、後端用エンドプレート30bの対向面(フレーム部51の端面53bと対向する面)から露出された一対(2つ)の接触部15aおよび15bを有している。各接続部材15における一方の接触部15aは、フレーム部51の電極端子部材60と対応するように配置されており、他方の接触部15bは、電極端子部材60の近傍に配置された導電部材70と対応するように配置されている。そして、後端用エンドプレート30bを電池保持用フレーム50に取り付けた際に、各接続部材15は、電極端子部材60および導電部材70と当接して、電極端子部材60と導電部材70とを電気的に接続するように構成されている。なお、各接続部材15において、接触部15aおよび15bは、それぞれ、後端用エンドプレート30bの内部において、互いに電気的に接続されている。
このように、直列接続用のエンドプレート10(20bおよび30b)が取り付けられた電池保持用フレーム50(電源装置100)は、図16に示すように、保持された電池150が直列接続された状態となる。この場合、図15に示すように、電池保持用フレーム50に設けられた複数の導電部材70の全てが、電池150を直列接続するために用いられる。
また、電池保持用フレーム50に設けられる電極端子部材60および導電部材70は、図18および図21に示すように、たとえば、短冊状の金属板を折り曲げることによって形成されている。
電極端子部材60は、図17〜図19に示すように、たとえば、金属板の端部が複数回折り曲げられることによって、一方の端部に、電池150の極が接する接触部61が形成されている。また、他方の端部にも、金属板の端部が複数回折り曲げられることによって、接触部62が形成されている。なお、一方側の接触部61と他方側の接触部62との間は、電極端子部材60を保持するための保持部63となっている。
また、図20〜図22に示すように、導電部材70は、たとえば、金属板の両端部が複数回折り曲げられることによって、両端部に接触部70aが形成されている。なお、導電部材70においても、両接触部70aの間は、導電部材70を保持するための保持部73となっている。
また、電極端子部材60の接触部61(62)および導電部材70の接触部70aは、金属板を折り曲げることによって形成されているため、弾性を有している。そのため、軸方向(B方向)に押圧された際に、逆方向に付勢力が働くように構成されている。このため、電極端子部材60および導電部材70を構成する金属板としては、電気伝導性が高く、かつ、ある程度の弾性を有する金属材料(たとえば、アルミニウム合金、銅合金、ニッケル合金など)から構成されているのが好ましい。
さらに、図17および図20に示すように、電池保持用フレーム50(フレーム部51)には、接触部が収まる溝部6が設けられている。また、電極端子部材60の接触部61(62)および導電部材70の接触部70aは、フレーム部51に設けられた状態で、溝部6(端面53)から少し突出するように構成されている。なお、溝部6(端面53)から突出した部分は、押圧されることによって、溝部6内に収まるように設計されている。
エンドプレート10に設けられた接続部材15の接触部についても、導電部材70の接触部70aと同様に構成されている。
そして、エンドプレート10をスライド移動させながら電池保持用フレーム50に取り付ける際に、接触部同士が押圧される。たとえば、電池保持用フレーム50に後端用エンドプレート30を取り付ける場合、図23および図24に示すように、電極端子部材60の接触部62と後端用エンドプレート30の接続部材15の接触部とが係合し、互いに押圧しあいながら、後端用エンドプレート30が所定位置に取り付けられる。電極端子部材60の接触部62と後端用エンドプレート30の接続部材15の接触部とは、互いに押圧されることによって、逆方向に付勢力が働くため、電極端子部材60と後端用エンドプレート30の接続部材15との接続が強固に保持される。
なお、図25に示すように、導電部材70の接触部70aと後端用エンドプレート30の接続部材15の接触部との接続についても、上記と同様である。また、電池保持用フレーム50に前端用エンドプレート20を取り付ける場合も、上記と同様である。
図26〜図31は、本発明の一実施形態による電池保持用フレームが複数接続された電源装置を説明するための図である。次に、図11、図14および図26〜図31を参照して、電池保持用フレーム50が複数接続された電源装置100について説明する。
上述したように、一実施形態による電池保持用フレーム50(フレーム部51)は、エンドプレートのみならず、他の電池保持用フレーム50(フレーム部51)とも接続可能に構成されている。そして、複数接続された電池保持用フレーム50に、前端用エンドプレート20および後端用エンドプレート30が取り付けられることによって、より多くの電池が収納された電源装置100(図26参照)が得られる。
また、電池保持用フレーム50の接続は、エンドプレート10と同様にして行われる。その際、図27および図28に示すように、一方のフレーム部51における電極端子部材60の接触部62と、他方のフレーム部51に保持された電池150の極(たとえば、プラス極)とが当接される。また、図29に示すように、一方のフレーム部51における導電部材70の接触部70aと、他方のフレーム部51における導電部材70の接触部70aとが当接される。なお、電極端子部材60の接触部62および導電部材70の接触部70aは、上記したように、弾性を有するため、互いに押圧されることによって、逆方向に付勢力が働く。そのため、電極端子部材60と電池150の極との接続、および、導電部材70同士の接続が強固に保持される。
また、複数の電池保持用フレーム50を備えた電源装置100において、エンドプレートに並列接続用のエンドプレート10(図11参照)を用いた場合、図30に示すように、保持されている複数の電池150が直並列に接続される。一方、複数の電池保持用フレーム50を備えた電源装置100において、エンドプレートに直列接続用のエンドプレート10(図14参照)を用いた場合、図30に示すように、保持されている複数の電池150が直列に接続される。
図32〜図39は、本発明の一実施形態による電池モジュールを説明するための図である。次に、図12および図32〜図39を参照して、本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。
一実施形態による電池モジュール200は、図32に示すように、複数の上記電源装置100と、これら電源装置100を収納するケース250とを備えている。また、複数の電源装置100は、前端用エンドプレート20の電力取り出し出力片21が、同方向となるようにして、ケース250内に収納されている。電源装置100の電力取り出し出力片21は、互いに電気的に接続されており、ケース250に設けられた電極端子255に接続されている。
また、一実施形態による電池モジュール200は、電源装置100の数や、電源装置100の電池保持用フレーム50の数を増減することにより、保持される電池の数が変えられる。これにより、電池モジュール200における電池容量等が調整される。たとえば、図32に示した電池モジュール200において、電源装置100の数と、電源装置100の電池保持用フレーム50の数とを減らすことにより、図33に示すような電池モジュール200にすることが可能である。これにより、電池容量が調整される。
また、並列接続されている電源装置100および直列接続されている電源装置100のいずれを用いるか、また、複数の電源装置100を、直列接続および並列接続のいずれで接続するかによって電池150の接続状態が変わるため、これによっても、電池容量が調整される。
たとえば、電池モジュール200に用いられる電源装置100が、内部の電池が直列接続されている電源装置100の場合、これら複数の電源装置100を並列に接続すると、図35に示すように、複数の電池150が直並列に接続された電池モジュール200が得られる。この場合、複数の電源装置100を直列に接続すると、全ての電池が直列に接続される。
また、電池モジュール200に用いられる電源装置100が、内部の電池が並列接続されている電源装置100の場合、これら複数の電源装置100を並列に接続すると、図36に示すように、複数の電池150が直並列に接続された電池モジュール200が得られる。この場合、図35に示した構成に対して、直列接続および並列接続された電池の数を変えることができる。
さらに、電池モジュール200に用いられる電源装置100が、内部の電池が並列接続されている電源装置100の場合、これら複数の電源装置100を直列に接続すると、図37に示すように、直並列を直列に接続した電池モジュール200が得られる。
なお、複数の電源装置100は、並列接続されている電源装置100および直列接続されている電源装置100を適宜組み合わせることも可能である。また、電源装置100の接続は、直列接続と並列接続とを組み合わせることも可能である。
また、電源装置100が1つの電池保持用フレーム50を用いて構成されている場合であって、内部の電池150が並列接続されている場合、このような電源装置100を複数並列に接続すると、全ての電池が並列に接続される。
電源装置100を収納するケース250は、たとえば、図34に示すように、箱状の本体部260と、蓋部270とを有しており、収納されている電源装置100を容易に取り出すことが可能に構成されている。このため、保持されている電池150を容易に交換することが可能となっている。
また、一実施形態による電池モジュール200においては、欠陥や劣化が生じている電池の検出は、電源装置単位で検査を行った後、異常が認められた電源装置100を電池保持用フレーム単位で検査することにより行われる。
具体的には、まず、電源装置100の電力取り出し出力片21を用いて、電源装置100毎に、欠陥や劣化が生じている電池が含まれていないかを検査する。たとえば、内部の電池が直列接続されている電源装置100の場合、2つの電力取り出し出力片21に検査用端子を接続することで、異常の有無を検出することができる。内部の電池が並列接続されている電源装置100の場合も、同様に行うことが可能であるが、異常を検出しにくい場合は、たとえば、図38に示すように、後端用エンドプレート30(図12参照)を取り外した後、一方の検査用端子300は電力取り出し出力片21に接続し、もう一方の検査用端子300を電極端子部材60に接続することで、異常を検出しやすくすることができる。
また、異常が認められた電源装置100は、電池保持用フレーム50に分解した後、図39に示すように、電池150が保持された状態の電池保持用フレーム50を、検査装置400(メンテナンスキット)にセットすることで、欠陥や劣化等が生じている電池が検出される。そして、検出された電池が、正常な電池と交換される。この検査装置400は、電池150の極と当接される端子410を有しており、電池保持用フレーム50がセットされると、保持されている電池150の極が端子410と当接して、各電池150の電圧、電流、抵抗等が検査される。
このように、一実施形態による電池モジュール200では、電源装置単位で検査を行った後に、異常が認められた電源装置100のみを再度検査することで、容易に、欠陥や劣化等が生じている電池を検出することができる。
本実施形態では、上記した電池保持用フレーム50を用いることによって、容易に、電池150の数を増減することができる。また、エンドプレート10を交換することによって、並列接続と直列接続とを容易に切り替えることができる。これにより、電池容量を容易に調整(制御)することができる。なお、電源装置100に収納される電池150は、1本単位で増減することができる。この場合、フレーム部51の収容部52に電池150が保持されない場合もあり得る。そのときは、導通機能を有するダミー電池(図示せず)を収容部52に保持するようにすればよい。
また、本実施形態では、上記電源装置100を用いて電池モジュール200を構成することにより、容易に、欠陥や劣化が生じた電池を検出することができるとともに、その電池だけを容易に交換することができる。
また、本実施形態では、電池保持用フレーム50に保持される電池150を、汎用二次電池である18650型リチウムイオン二次電池とすることにより、製造コストの低減を図ることができる。
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
たとえば、上記実施形態では、電源装置等の内部に収容する電池(電池セル)に、リチウムイオン二次電池を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、電源装置等の内部に収容する電池(電池セル)は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池であってもよい。
また、上記実施形態では、上記電池(電池セル)に、18650型の汎用二次電池を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、18650型以外の円筒型汎用二次電池を用いるように構成することもできる。また、円筒型電池以外のたとえば角形電池を用いるように構成することもできる。さらに、汎用型二次電池以外に専用設計された二次電池を用いるように構成することもできる。
また、上記実施形態では、収容部が一列に配列された電池保持用フレームを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、収容部が多数列に配列された電池保持用フレームを用いてもよい。たとえば、図40に示すように、電池保持用フレーム50の収容部52は、2列に配列されていてもよい。
また、上記実施形態では、複数の電源装置をケースに収納することによって電池モジュールに構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ケースに収納する方法以外の方法で、複数の電源装置を備えた電池モジュールを構成するようにしてもよい。たとえば、図41および図42に示すように、複数の電源装置100を、L字アングル280などを用いて組み立てフレーム185にはめ込んだ後、電極端子255を有するエンドプレート290をはめ込むことで電池モジュールを構成するようにしてもよい。なお、電源装置の配置については、上記実施形態等で示した構成以外の構成であってもよい。
また、上記実施形態では、電池保持用フレームに複数の導電部材を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、電池保持用フレームに設けられる導電部材の数は1つであってもよい。(導電部材の数および設置位置、接続部材の数および設置位置は適宜調節できる)。
また、上記実施形態では、2つの電力取り出し出力片を前端用エンドプレートに設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、2つの電力取り出し出力片は、後端用エンドプレートに設けられていてもよい。また、図43および図44に示すように、2つの電力取り出し出力片21は、前端用エンドプレート20および後端用エンドプレート30のそれぞれに1つずつ設けられていてもよい。この場合、フレーム部51の導電部材70は、上記実施形態に比べて、1つ少なくすることができる。また、図43に示すように、並列接続用のエンドプレート10を取り付けた場合には、導電部材70を介さずに、電池150の接続を並列接続にすることができる。
なお、フレーム部とエンドプレート、および、フレーム部同士を接続する係合部は、上記実施形態で示した構成以外の構成であってもよい。また、前端用エンドプレートと後端用エンドプレートとは、その係合部の形状が逆になるように構成されていてもよい。
5a 凹部
5b 凸部
6 溝部
10 エンドプレート
15 接続部材
15a、15b 接触部
20、20a、20b 前端用エンドプレート(第1、第3エンドプレート)
21 電力取り出し出力片
24 係合部(第2係合部)
25、26、27 接続部材
25a、26a、27a、27b 接触部
30、30a、30b 後端用エンドプレート(第2、第4エンドプレート)
34 係合部(第3係合部)
50 電池保持用フレーム
51 フレーム部
52 収容部
52a 空間部
52b 開口
52c 底部
53 端面
53a 端面(第1端面)
53b 端面(第2端面)
54 係合部(第1係合部)
54a 係合片
60 電極端子部材
61 接触部
62 一端部分、接触部
63 保持部
70 導電部材
70a 接触部
73 保持部
100 電源装置
150 電池
200 電池モジュール
250 ケース
255 電極端子
260 本体部
270 蓋部

Claims (9)

  1. 電池保持用フレームであって、
    電池を保持する複数の収容部を有するフレーム部と、
    前記収容部内に設けられ、電池の一方の極に接する接触部を有する電極端子部材と、
    前記フレーム部に設けられ、前記収容部に沿った導電部材と
    を備え、
    前記導電部材の一方の端部は、前記フレーム部の一方側の第1端面から露出しており、
    前記電極端子部材の一端部分、および、前記導電部材の他方の端部は、前記フレーム部の他方側の第2端面から露出し、
    前記フレーム部には、他の部材を着脱可能に接続するための第1係合部が形成され
    前記他の部材は、電極端子部材または導電部材と電気的に接続される接続部材を有する部材、あるいは他の電池保持用フレームのフレーム部であることを特徴とする、電池保持用フレーム。
  2. 前記複数の収容部は、それぞれ、円筒状の電池に対応した円柱状の空間部から構成されているとともに、所定の距離を隔てて互いに平行に配されており、
    隣り合う前記収容部間に、前記導電部材が配されていることを特徴とする、請求項1に記載の電池保持用フレーム。
  3. 前記導電部材を前記複数の収容部の数と同数有し、
    複数の前記導電部材がそれぞれ前記収容部の近傍に設けられていることを特徴とする、請求項2に記載の電池保持用フレーム。
  4. 前記第1係合部は、前記フレーム部における電池の極に対応した端面にそれぞれ設けられており、
    スライド移動により係合可能に構成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電池保持用フレーム。
  5. 請求項1〜のいずれか1項に記載の電池保持用フレームと、
    前記電池保持用フレームの前記フレーム部に着脱可能に取り付けられるエンドプレートとを備え、
    前記エンドプレートは、前記第1係合部と係合する第2係合部および電力取り出し出力片を有する第1エンドプレートと、前記第1係合部と係合する第3係合部を有する第2エンドプレートとを含み、
    前記第1エンドプレートおよび前記第2エンドプレートは、それぞれ、前記収容部内に保持された電池と電気的に接続される接続部材を有し、
    前記エンドプレートが取り付けられた場合に、前記電池保持用フレームの前記導電部材と、前記エンドプレートの前記接続部材とを介して、前記収容部に保持された複数の電池が直列に接続されることを特徴とする、電源装置。
  6. 請求項1〜のいずれか1項に記載の電池保持用フレームと、
    前記電池保持用フレームの前記フレーム部に着脱可能に取り付けられるエンドプレートとを備え、
    前記エンドプレートは、前記第1係合部と係合する第2係合部および電力取り出し出力片を有する第3エンドプレートと、前記第1係合部と係合する第3係合部を有する第4エンドプレートとを含み、
    前記第3エンドプレートおよび前記第4エンドプレートは、それぞれ、前記収容部内に保持された電池と電気的に接続される接続部材を有し、
    前記エンドプレートが取り付けられた場合に、前記電池保持用フレームの前記導電部材と、前記エンドプレートの前記接続部材とを介して、前記収容部に保持された複数の電池が並列に接続されることを特徴とする、電源装置。
  7. 請求項およびの少なくとも一方の前記電源装置を複数備えることを特徴とする、電池モジュール。
  8. 前記電源装置の電力取り出し出力片が互いに電気的に接続されることで、前記電源装置内に収容された複数の電池が、直並列に接続されていることを特徴とする、請求項に記載の電池モジュール。
  9. 前記電源装置は、前記電池保持用フレームが複数接続された構成を有することを特徴とする、請求項またはに記載の電池モジュール。
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