JP6065327B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、積層された複数の蓄電セルの積層方向両端部に一対のエンドプレートを配置し、前記一対のエンドプレートを前記複数の蓄電セルの幅方向両側面に沿って延びる一対の締結フレームで積層方向に締結する蓄電モジュールに関する。

交互に積層した蓄電セルおよびホルダの積層方向両端部に配置した一対のエンドプレートを、一対のラダーフレーム（締結フレーム）の積層方向両端部にボルトで締結するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１２−２５６４６６号公報

ところで、上記従来のものは、矩形状のエンドプレートの四隅が締結フレームに接続されるため、蓄電セルが劣化により膨張して積層方向の厚さが増加したとき、四隅を締結フレームに拘束されたエンドプレートの中央部が積層方向外側に押され、エンドプレートが上下方向および幅方向に湾曲してしまう問題がある。これを防止するには、エンドプレートを剛性が高い鋳造部材で構成すればよいが、このようにするとエンドプレートの重量、寸法およびコストが増加してしまう問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンドプレートの軽量化を図りながら、蓄電セルの膨張に伴うエンドプレートの変形を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、積層された複数の蓄電セルの積層方向両端部に一対のエンドプレートを配置し、前記一対のエンドプレートを前記複数の蓄電セルの幅方向両側面に沿って延びる一対の締結フレームで積層方向に締結する蓄電モジュールであって、前記締結フレームは高さ方向に離間して積層方向に延びる３本の帯状部を一体に備え、前記エンドプレートは前記一対の締結フレームの相互に対応する前記３本の帯状部の端部間を接続するように、高さ方向に離間して幅方向に延びる３本の凸部あるいは凹部を備えることを特徴とする蓄電モジュールが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記３本の凸部あるいは凹部は、それらの開放部を閉塞されて閉断面部を構成することを特徴とする蓄電モジュールが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記エンドプレートは、前記３本の凸部あるいは凹部を有する波板状の第１プレートと、平板状の第２プレートとを積層することで前記閉断面部を構成することを特徴とする蓄電モジュールが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２または請求項３の構成に加えて、前記３本の凸部により前記閉断面部を構成することを特徴とする蓄電モジュールが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記締結フレームの帯状部と、それらに対応する前記エンドプレートの凸部あるいは凹部とは、高さ方向に重なるオーバーラップ部を有することを特徴とする蓄電モジュールが提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記締結フレームおよび前記エンドプレートを締結するボルト、あるいは前記締結フレームおよび前記エンドプレートの溶接部が前記オーバーラップ部に配置されることを特徴とする蓄電モジュールが提案される。

尚、実施の形態の側部締結フレーム１５は本発明の締結フレームに対応し、実施の形態の上部帯状部１５ａ、中間帯状部１５ｂおよび下部帯状部１５ｃは本発明の帯状部に対応する。

請求項１の構成によれば、蓄電モジュールは、積層された複数の蓄電セルの積層方向両端部に一対のエンドプレートを配置し、一対のエンドプレートを複数の蓄電セルの幅方向両側面に沿って延びる一対の締結フレームで積層方向に締結して構成される。締結フレームは高さ方向に離間して積層方向に延びる３本の帯状部を一体に備え、エンドプレートは一対の締結フレームの相互に対応する３本の帯状部の端部間を接続するように、高さ方向に離間して幅方向に延びる３本の凸部あるいは凹部を備えるので、エンドプレートが締結フレームの締結力で上下方向に湾曲しようとしても、３本の帯状部のうちの中央の帯状部の張力が抵抗することでエンドプレートの上下方向の湾曲が抑制され、またエンドプレートが締結フレームの締結力で幅方向に湾曲しようとしても、エンドプレートは幅方向に延びる３本の凸部あるいは凹部が補強ビードとして機能することでエンドプレートの幅方向の湾曲が抑制される。エンドプレートに３本の凸部あるいは凹部を形成するだけの軽量で安価な構造でありながら、締結フレームとの協働によってエンドプレートの変形に対する剛性が高められる。

また請求項２の構成によれば、３本の凸部あるいは凹部は、それらの開放部を閉塞されて閉断面部を構成するので、エンドプレートの幅方向の湾曲に対する剛性が一層高められる。

また請求項３の構成によれば、エンドプレートは、３本の凸部あるいは凹部を有する波板状の第１プレートと、平板状の第２プレートとを積層することで閉断面部を構成するので、簡単で低コストな構造でエンドプレートの幅方向の湾曲に対する剛性を高めることができる。

また請求項４の構成によれば、３本の凸部により閉断面部を構成するので、締結フレームの帯状部の張力を剛性の高い閉断面部に伝達し、エンドプレートの幅方向の湾曲を効果的に防止することができる。

また請求項５の構成によれば、締結フレームの帯状部と、それらに対応するエンドプレートの凸部あるいは凹部とは、高さ方向に重なるオーバーラップ部を有するので、締結フレームの帯状部の張力を３本の凸部あるいは凹部に効率的に伝達し、エンドプレートの幅方向の湾曲を効果的に防止することができる。

また請求項６の構成によれば、締結フレームおよび前記エンドプレートを締結するボルト、あるいは締結フレームおよびエンドプレートの溶接部がオーバーラップ部に配置されるので、締結フレームの帯状部の張力を３本の凸部あるいは凹部に一層効率的に伝達することができる。

蓄電モジュールの分解斜視図。 側部締結フレームおよびエンドプレートの斜視図。 図２の３−３線断面図。

以下、図１〜図３に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、電気自動車やハイブリッド自動車の電源として使用される蓄電モジュールＭは、積層方向に積層された所定個数（実施の形態では１２個）の蓄電セル１１…を備える。本実施の形態の蓄電セル１１…はリチウムイオンバッテリである。各蓄電セル１１は直方体状に形成され、相互に対向する一対の主面１１ａ，１１ａと、主面１１ａ，１１ａに対して直交して相互に対向する一対の側面１１ｂ，１１ｂと、主面１１ａ，１１ａおよび側面１１ｂ，１１ｂに対して直交して相互に対向する頂面１１ｃおよび底面１１ｄとを備えており、頂面１１ｃにはプラス端子１１ｅおよびマイナス端子１１ｆが設けられる。１２個の蓄電セル１１…のプラス端子１１ｅ…およびマイナス端子１１ｆ…は電気的に直列に接続される。

尚、本明細書において、積層方向に直交して蓄電セル１１の頂面１１ｃおよび底面１１ｄを結ぶ方向を上下方向と定義し、積層方向に直交して蓄電セル１１の一対の側面１１ｂ，１１ｂを結ぶ方向を幅方向と定義する。

１２個の蓄電セル１１…の主面１１ａ…と、合成樹脂で構成された１１個の四角い板状の中間蓄電セルホルダ１２…とが積層方向に交互に重ね合わされ、積層方向両端の２個の蓄電セル１１，１１の積層方向外側に合成樹脂で構成された一対の四角い板状の端部蓄電セルホルダ１３，１３が重ね合わされ、更にその積層方向外側に一対の金属製のエンドプレート１４，１４が重ね合わされる。

蓄電セル１１…、中間蓄電セルホルダ１２…、端部蓄電セルホルダ１３，１３およびエンドプレート１４，１４を積層方向に積層した状態で、一対の金属製の板状部材よりなる側部締結フレーム１５，１５の積層方向両端部を一対のエンドプレート１４，１４の幅方向両端部にボルト１７…で締結することで、１２個の蓄電セル１１…を有する蓄電モジュールＭが組み立てられる。このとき、蓄電セル１１…、中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３と側部締結フレーム１５，１５との間に、結露水によって蓄電セル１１…と側部締結フレーム１５，１５とが液絡するのを防止するための合成樹脂製のインシュレータ１９，１９が配置される。

図２および図３に示すように、側部締結フレーム１５は、積層方向に相互に平行に延びる上部帯状部１５ａ、中間帯状部１５ｂおよび下部帯状部１５ｃと、これら３本の帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの積層方向両端部を上下方向に接続する一対の締結部１５ｄ，１５ｄとを備える。上部帯状部１５は中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３の上側の隅部を押さえるようにＬ字状断面に構成され、下部帯状部１５ｃは中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３の下側の隅部を押さえるように断面Ｌ字状に構成され、中間帯状部１５ｂは平坦な帯状に形成される。締結部１５ｄはエンドプレート１４の積層方向外面に重なるように断面Ｌ字状に構成され、エンドプレート１４と重なる部分がボルト１７…で締結される。また３本の帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの積層方向中間部が、上下方向に延びる連結部１５ｅで連結される。

エンドプレート１４は、金属板をプレス成形した第１プレート２０と、第１プレート２０に重ね合わされて一体に溶接される平坦な金属板よりなる第２プレート２１とで構成される。波型に湾曲する第１プレート２０は、幅方向に見たときに積層方向外側に突出する３個の凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、それら３個の凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ間に挟まれて積層方向外側に開放する２個の凹部２０ｄ，２０ｅとを備えており、第１プレート２０および第２プレート２１を結合することで、２個の凹部２０ｄ，２０ｅと第２プレート２１との間に、幅方向に延びる２個の閉断面部２０ｆ，２０ｇが形成される（図３参照）。

第２プレート２１を貫通して積層方向外側に２本のボルト２２，２２が突出しており、これらのボルト２２，２２は、複数の蓄電モジュールＭ…を共通の支持板（図示せず）に締結するために使用される。また第１プレート２０の幅方向端部には、それぞれ側部締結フレーム１５を締結するための３本のボルト１７…が螺合する３個のウエルドナット２３…が設けられる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

蓄電モジュールＭを組み立てるには、１２個の蓄電セル１１…と１１個の中間蓄電セルホルダ１２…とを交互に積層し、その外側に一対の端部蓄電セルホルダ１３，１３および一対のエンドプレート１４，１４を更に重ね合わせた後に、一対のエンドプレート１４，１４に一対の側部締結フレーム１５，１５の積層方向両端部をボルト１７…で締結すれば良い。

蓄電セル１１…は劣化に伴って積層方向の厚さが次第に増加する特性があり、外周部をボルト１７…で側部締結フレーム１５，１５に拘束されたエンドプレート１４は、その中央部が積層方向外側に突出するように湾曲しようとする。

図２に示すように、上述したエンドプレート１４の湾曲方向には、その上下端部に対して中央部が積層方向外側に突出する上下方向の湾曲（矢印Ａ−Ａ参照）と、その幅方向両端部に対して中央部が積層方向外側に突出する幅方向の湾曲（矢印Ｂ−Ｂ参照）とがある。

しかしながら、エンドプレート１４の幅方向端部には、側部締結フレーム１５の上部帯状部１５、中間帯状部１５ｂおよび下部帯状部１５ｃが３本のボルト１７…で固定されているため、特に中間帯状部１５ｂの張力によってエンドプレート１４の上下方向中央部が積層方向外側に張り出すのを抑制し、エンドプレート１４を特別に補強することなく矢印Ａ−Ａ方向の湾曲を効果的に防止することができる。

一方、エンドプレート１４の上縁および下縁には側部締結フレーム１５，１５が接続されていないために積層方向の張力を充分に発生することができず、側部締結フレーム１５，１５はエンドプレート１４の矢印Ｂ−Ｂ方向の湾曲を防止する効果を有効に発揮し得ない。

しかしながら、エンドプレート１４は波板状の第１プレート２０に形成した幅方向に延びる３本の凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃおよび２本の凹部２０ｄ，２０ｅが補強ビードとして機能することで湾曲に対する強い抵抗力を発揮し、エンドプレート１４の矢印Ｂ−Ｂ方向の湾曲を効果的に防止することができる。このとき、第１プレート２０の２本の凹部２０ｄ，２０ｅと第２プレート２１との間に形成された２個の閉断面部２０ｆ，２０ｇによってエンドプレート１４の曲げ剛性が一層高められるので、エンドプレート１４の矢印Ｂ−Ｂ方向の湾曲を一層効果的に防止することができる。

また図３において、締結フレーム１５の３本の帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの積層方向端部と、エンドプレート１４の３本の凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅方向端部とを接続するとき、帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの端部の上下方向幅ｐ，ｑ，ｒと、凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの上下方向幅Ｐ，Ｑ，Ｒとがオーバーラップ部Ｏ…でオーバーラップし、そのオーバーラップ部Ｏ…にボルト１７…が配置されるので、帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの張力を凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに効率的に伝達してエンドプレート１４の矢印Ａ−Ａ方向の湾曲を効率的に防止することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、エンドプレート１４を高価なアルミニウム鋳造部材で構成することなく、安価な板金製の第１プレート２０および第２プレート２１で構成しても、上部帯状部１５、中間帯状部１５ｂおよび下部帯状部１５ｃを有する側部締結フレーム１５との協働によって、エンドプレート１４の矢印Ａ−Ａ方向および矢印Ｂ−Ｂ方向の湾曲（図２参照）を効果的に防止することができ、エンドプレート１４の小型軽量化およびコストダウンに寄与することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では側部締結フレーム１５およびエンドプレート１４をボルト１７で固定しているが、それらを溶接により固定しても良い。

また実施の形態ではエンドプレート１４の凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（積層方向外側に突出している部分）を側部締結フレーム１５の帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃに接続しているが、エンドプレート１４の凹部（積層方向内側に突出している部分）を側部締結フレーム１５の帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃに接続しても良い。

また実施の形態では、第１プレート２０の凹部２０ｄ，２０ｅと第２プレート２１との間に閉断面部２０ｆ，２０ｇを形成しているが、請求項４に記載された発明の如く、第１プレート２０の凸部２０ａ，２０ｂ，２０ｃと第２プレート２１との間に閉断面部を形成しても良い。このように構成すれば、エンドプレート１４を側部締結フレーム１５にボルト１７…で締結する部分が閉断面部を構成するので、締結フレーム１５の帯状部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの張力を剛性の高い閉断面部に伝達し、エンドプレート１４の幅方向の湾曲を一層効果的に防止することができる。

１１ 蓄電セル
１４ エンドプレート
１５ 側部締結フレーム（締結フレーム）
１５ａ 上部帯状部（帯状部）
１５ｂ 中間帯状部（帯状部）
１５ｃ 下部帯状部（帯状部）
１７ ボルト
２０ 第１プレート
２０ａ 凸部
２０ｂ 凸部
２０ｃ 凸部
２０ｆ 閉断面部
２０ｇ 閉断面部
２１ 第２プレート
Ｏ オーバーラップ部

Claims (6)

1. 積層された複数の蓄電セル（１１）の積層方向両端部に一対のエンドプレート（１４）を配置し、前記一対のエンドプレート（１４）を前記複数の蓄電セル（１１）の幅方向両側面に沿って延びる一対の締結フレーム（１５）で積層方向に締結する蓄電モジュールであって、
   前記締結フレーム（１５）は高さ方向に離間して積層方向に延びる３本の帯状部（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）を一体に備え、前記エンドプレート（１４）は前記一対の締結フレーム（１５）の相互に対応する前記３本の帯状部（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）の端部間を接続するように、高さ方向に離間して幅方向に延びる３本の凸部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）あるいは凹部を備えることを特徴とする蓄電モジュール。
2. 前記３本の凸部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）あるいは凹部は、それらの開放部を閉塞されて閉断面部（２０ｆ，２０ｇ）を構成することを特徴とする、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記エンドプレート（１４）は、前記３本の凸部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）あるいは凹部を有する波板状の第１プレート（２０）と、平板状の第２プレート（２１）とを積層することで前記閉断面部（２０ｆ，２０ｇ）を構成することを特徴とする、請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記３本の凸部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）により前記閉断面部を構成することを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の蓄電モジュール。
5. 前記締結フレーム（１５）の帯状部（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と、それらに対応する前記エンドプレート（１４）の凸部（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）あるいは凹部とは、高さ方向に重なるオーバーラップ部（Ｏ）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の蓄電モジュール。
6. 前記締結フレーム（１５）および前記エンドプレート（１４）を締結するボルト（１７）、あるいは前記締結フレーム（１５）および前記エンドプレート（１４）の溶接部が前記オーバーラップ部（Ｏ）に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の蓄電モジュール。
   

Images