JP6070999B2 - 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配置した一対のエンドプレートを締結フレームで一体に連結した蓄電モジュールに関する。

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（側部締結フレーム）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

蓄電モジュールの一対のエンドプレートにより積層方向に締結された複数の蓄電セルは、車体の振動等の要因により幅方向および上下方向に位置ずれしようとする。上記特許文献１に記載されたものは、積層された複数の蓄電セルの幅方向両側面を一対の側部締結フレームで挟持している。前記側部締結フレームは、上端および下端に幅方向内向きに折り返したフランジ部が形成され、上下方向への曲げ剛性を高めることで蓄電セルの上下方向の位置ずれを規制しているが、幅方向への曲げ剛性を高める手段を持たないため、前記側部締結フレームの幅方向への変形に伴い、蓄電セルの幅方向の位置ずれが大きくなる可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、蓄電モジュールの積層された複数の蓄電セルが幅方向および上下方向に位置ずれするのを最小限の部品点数で抑制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配置した一対のエンドプレートを締結フレームで一体に連結した蓄電モジュールであって、前記締結フレームは、前記複数の蓄電セルの頂面および底面を支持する一対の平行なフランジが形成された少なくとも１個の第１締結フレームと、前記第１締結フレームに対して直交する方向に配置され、前記複数の蓄電セルの一対の側面を支持する一対の平行なフランジが形成された少なくとも１個の第２締結フレームとからなり、前記一対のエンドプレートと前記第２締結フレームの積層方向両端部とを、連結ピンとピン孔との係合により上下方向の軸まわりに相対回転自在に連結した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、前記一対のエンドプレートの少なくとも一方と前記第２締結フレームの少なくとも積層方向一端部とを、積層方向に相対移動可能に連結した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１または請求項２の構成に加えて、一対の前記第１締結フレームの下部間に１個の前記第２締結フレームが配置され、前記第２締結フレームに形成した板ばねで前記複数の蓄電セルを上向きに付勢することで、前記複数の蓄電セルの頂面を前記第１締結フレームの上側の前記フランジに圧接した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あるいは第１締結フレームに対応し、実施の形態の底部締結フレーム１６は本発明の締結フレームあるいは第２締結フレームに対応する。

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配置した一対のエンドプレートを締結フレームで一体に連結して構成される。締結フレームは、複数の蓄電セルの頂面および底面を支持する一対の平行なフランジが形成された少なくとも１個の第１締結フレームと、第１締結フレームに対して直交する方向に配置され、複数の蓄電セルの一対の側面を支持する一対の平行なフランジが形成された少なくとも１個の第２締結フレームとからなり、一対のエンドプレートと第２締結フレームの積層方向両端部とを、連結ピンとピン孔との係合により上下方向の軸まわりに相対回転自在に連結したので、第１締結フレームの一対のフランジで蓄電セルの頂面および底面を支持して上下方向の位置ずれを防止し、かつ第２締結フレームの一対のフランジで蓄電セルの一対の側面を支持して幅方向の位置ずれを防止することで、最小限の部品点数で蓄電セルの上下方向および幅方向の位置ずれの両方を抑制することができ、しかも第２締結フレームが変形した場合であっても、エンドプレートと第２締結フレームとが相対回転することで過大な荷重が作用するのを防止することができる。

また請求項２の構成によれば、一対のエンドプレートの少なくとも一方と第２締結フレームの少なくとも積層方向一端部とを積層方向に相対移動可能に連結したので、蓄電セルが劣化して積層方向に膨張したとき、エンドプレートおよび第２締結フレームの連結部に荷重が集中して損傷するのを防止することができる。

また請求項３の構成によれば、一対の第１締結フレームの下部間に１個の第２締結フレームを配置し、第２締結フレームに形成した板ばねで複数の蓄電セルを上向きに付勢することで、複数の蓄電セルの頂面を第１締結フレームの上側のフランジに圧接したので、板ばねの弾発力で蓄電セルの上下方向の位置ずれを確実に防止することができるだけでなく、板ばねの弾発力を一対の第１締結フレームで均等に分担して支持することで蓄電モジュールの変形を阻止することができ、しかも第２締結フレームに板ばねを形成することで部品点数の削減および小型化が可能になる。

蓄電モジュールの分解斜視図。 図１の２方向矢視図。 図２の３−３線断面図。 エンドプレートおよび底部締結フレームの連結部の分解斜視図。

以下、図１〜図４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…で締結するとともに、金属製の板状部材よりなる底部締結フレーム１６の積層方向両端部を一対のエンドプレート１４，１４の下端部に連結ピン１８，１８で結合することで、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。

側部締結フレーム１５の上下方向両端部には幅方向内向きに折り曲げられた一対の平行なフランジ１５ａ，１５ａが形成されており、上側のフランジ１５ａ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の上側の隅部を保持し、下側のフランジ１５ａ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の下側の隅部を保持する。底部締結フレーム１６の幅方向両端部には上向きに折り曲げられた一対の平行なフランジ１６ａ，１６ａが形成されており、それらのフランジ１６ａ，１６ａ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の下側の隅部と、一対の側部締結フレーム１５，１５の下部との間に挟持される。

また底部締結フレーム１６は、その一部を切り起こすことで２４個の板ばね１６ｂ…が形成されており、各２個の板ばね１６ｂ，１６ｂが蓄電セル１１の底面１１ｄを上向きに付勢することで、側部締結フレーム１５，１５の上側のフランジ１５ａ，１５ａに中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３の上側の隅部を圧接し、これにより蓄電セル１１…の上下方向のガタの発生が防止される。

そして蓄電セル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〜図４に示すように、エンドプレート１４は金属板をプレス成形したもので、それを貫通するボルト１７…を端部蓄電セルホルダ１３に螺合することで、一対のエンドプレート１４，１４が相互に接近する方向に付勢されて１２個の蓄電セル１１…が積層方向に締結される。エンドプレート１４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。

一対のエンドプレート１４，１４の下端から積層方向内側に向けて板状のブラケット１４ａ，１４ａが突出しており、一方のブラケット１４ａには円形のピン孔１４ｂが形成されるとともに、他方のブラケット１４ａには積層方向に延びる長孔よりなるピン孔１４ｃが形成される。また底部締結フレーム１６の積層方向両端部には一対の円形のピン孔１６ｃ，１６ｃが形成される。上端に鍔部１８ａを有する連結ピン１８のピン本体部１８ｂは、底部締結フレーム１６の一方のピン孔１６ｃを貫通して一方のエンドプレート１４の円形のピン孔１４ｂに係合し、また同一形状の他の連結ピン１８のピン本体部１８ｂは、底部締結フレーム１６の他方のピン孔１６ｃを貫通して他方のエンドプレート１４の長孔よりなるピン孔１４ｃに係合する。

このとき、連結ピン１８が上方に抜け落ちるのを防止すべく、端部蓄電セルホルダ１３の下面が連結ピン１８の鍔部１８ａに上方から当接する（図３参照）。

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…で締結するとともに、底部締結フレーム１６の積層方向両端部を一対のエンドプレート１４，１４に連結ピン１８，１８で連結すれば良い。

積層された１２個の蓄電セル１１…、１１個の中間蓄電セルホルダ１２…および２個の端部蓄電セルホルダ１３，１３の積層方向両端に配置された一対のエンドプレート１４，１４は、一対の側部締結フレーム１５，１５の積層方向両端部にボルト１７…で締結されるが、積層方向に延びるボルト１７…の締結力によって一対のエンドプレート１４が相互に接近する方向に付勢されるため、１２個の蓄電セル１１…は積層方向に締め付けられてガタの発生が防止される。

また蓄電セル１１…は底部締結フレーム１６に設けた板ばね１６ｂ…によって上向きに付勢され、その頂面１１ｃ…の幅方向両端部が一対の側部締結フレーム１５，１５の上端のフランジ１５ａ，１５ａの下面に圧接されることで、蓄電セル１１…の上下方向のガタの発生が防止される。また底部締結フレーム１６に板ばね１６ｂ…を一体に形成することで部品点数の削減および小型化が可能になり、しかも板ばね１６ｂ…の弾発力を一対の側部締結フレーム１５，１５で均等に分担して支持することで蓄電モジュールＭの変形を阻止することができる。

また蓄電セル１１…を保持する中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３は、幅方向両側から一対のインシュレータ１９，１９により挟まれ、更にその幅方向外側から一対の側部締結フレーム１５，１５により挟まれて固定されることで、蓄電セル１１…の幅方向のガタの発生が防止される。

このように、複数の蓄電セル１１…の一対の側面１１ｂ…，１１ｂ…を相互に平行に配置された一対の側部締結フレーム１５，１５により保持し、また複数の蓄電セル１１…の底面１１ｄ…を一対の側部締結フレーム１５に対して直交する方向に配置された底部締結フレーム１６により保持し、その際に側部締結フレーム１５の上下のフランジ１５ａ，１５ａ間に蓄電セル１１…の頂面１１ｃおよび底面１１ｄを支持し、かつ底部締結フレーム１６の幅方向両側のフランジ１６ａ，１６ａ間に蓄電セル１１…の一対の側面１１ｂ，１１ｂを支持するので、最小限の部品点数で蓄電セル１１…の幅方向の位置ずれおよび上下方向の位置ずれの両方を抑制することができる。

また積層した複数の蓄電セル１１…が車両の振動等により幅方向に移動すると、それらの側壁１１ｂ…，１１ｂ…からの荷重でフランジ１６ａ，１６ａを押圧された底部締結フレーム１６が、図２の矢印Ａ−Ａ方向に変形しようとする。このとき、底部締結フレーム１６の積層方向両端部がエンドプレート１４，１４に相対回転不能に固定されていると、その固定部に大きな荷重が作用して損傷する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、底部締結フレーム１６の積層方向両端部とエンドプレート１４，１４とが連結ピン１８，１８で上下方向の軸線まわりに相対回転自在に連結されているため、底部締結フレーム１６が図２の矢印Ａ−Ａ方向に変形した場合であっても、底部締結フレーム１６およびエンドプレート１４，１４間に過大な荷重が作用するのを防止することができる。しかも一対の連結ピン１８，１８のうちの一方が嵌合するエンドプレート１４のピン孔１４ｃは積層方向に長い長孔であるため、蓄電セル１１…の積層方向の厚さにバラツキが存在しても、また蓄電セル１１…が劣化により積層方向に膨張しても、連結ピン１８が長孔よりなるピン孔１４ｃに沿って移動することで前記バラツキを吸収することができる。

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、実施の形態では一対の側部締結フレーム１５および１個の底部締結フレーム１６を備えているが、本発明は相互に直交するように配置された少なくとも二つの締結フレームを備えていれば良い。即ち、蓄電セル１１の一つの側面１１ｂに沿う締結フレームと頂面１１ｃに沿う締結フレームとを備えていても良いし、蓄電セル１１の一つの側面１１ｂに沿う締結フレームと底面１１ｄに沿う締結フレームとを備えていても良い。

また側部締結フレーム１５および底部締結フレーム１６は必ずしも板金製である必要はなく、ダイキャスト製であっても良い。

１１ 蓄電セル
１１ｂ 側面
１１ｃ 頂面
１１ｄ 底面
１４ エンドプレート
１４ｂ ピン孔
１４ｃ ピン孔
１５ 側部締結フレーム（締結フレーム、第１締結フレーム）
１５ａ フランジ
１６ 底部締結フレーム（締結フレーム、第２締結フレーム）
１６ａ フランジ
１６ｂ 板ばね
１８ 連結ピン

Claims (3)

1. 積層された複数の蓄電セル（１１）の積層方向両端部に配置した一対のエンドプレート（１４）を締結フレーム（１５，１６）で一体に連結した蓄電モジュールであって、
   前記締結フレーム（１５，１６）は、前記複数の蓄電セル（１１）の頂面（１１ｃ）および底面（１１ｄ）を支持する一対の平行なフランジ（１５ａ）が形成された少なくとも１個の第１締結フレーム（１５）と、前記第１締結フレーム（１５）に対して直交する方向に配置され、前記複数の蓄電セル（１１）の一対の側面（１１ｂ）を支持する一対の平行なフランジ（１６ａ）が形成された少なくとも１個の第２締結フレーム（１６）とからなり、前記一対のエンドプレート（１４）と前記第２締結フレーム（１６）の積層方向両端部とを、連結ピン（１８）とピン孔（１４ｂ，１４ｃ）との係合により上下方向の軸まわりに相対回転自在に連結したことを特徴とする蓄電モジュール。
2. 前記一対のエンドプレート（１４）の少なくとも一方と前記第２締結フレーム（１６）の少なくとも積層方向一端部とを、積層方向に相対移動可能に連結したことを特徴とする、請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 一対の前記第１締結フレーム（１５）の下部間に１個の前記第２締結フレーム（１６）が配置され、前記第２締結フレーム（１６）に形成した板ばね（１６ｂ）で前記複数の蓄電セル（１１）を上向きに付勢することで、前記複数の蓄電セル（１１）の頂面（１１ｃ）を前記第１締結フレーム（１５）の上側の前記フランジ（１５ａ）に圧接したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の蓄電モジュール。
   

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