JP6071000B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、積層された複数の蓄電セルおよび複数のホルダ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締結フレームで積層方向に締結した蓄電モジュールに関する。
かかる蓄電モジュールにおいて、ラダーフレーム（締結フレーム）の下端に形成した下部フランジの上面に板ばねを溶接し、この板ばねで蓄電セルを上向きに付勢してラダーフレームの上端に形成した上部フランジの下面に押し付けることで、蓄電セルの上下方向のガタを防止するものが、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、ホルダを挟んで積層された複数の蓄電セルが、ラダーフレームによる締結力で積層方向のガタが防止され、板ばねの付勢力で上下方向のガタが防止されるが、積層方向および上下方向に直交する幅方向のガタを防止する手段を持たないため、蓄電セルに幅方向のガタが発生する可能性があった。
これを防止するためには、板ばねのような特別の付勢部材を設けて幅方向のガタを防止すれば良いが、特別の付勢部材を設けると部品点数や組付工数が増加してコストアップの要因となる問題がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、スプリングのような特別の付勢部材を必要とせずに、蓄電モジュールの蓄電セルの幅方向のガタ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および複数のホルダ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締結フレームで積層方向に締結した蓄電モジュールであって、前記ホルダ、あるいは前記蓄電セルおよび前記締結フレーム間に配置された樹脂部材の幅方向一方だけに幅方向外側に突出する弾性変形可能な突起を備え、前記突起を前記締結フレームに圧接することで前記蓄電セルを幅方向あるいは上下方向に保持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２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、隣接する前記突起の突出方向は相互に逆方向であ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１または請求項２の構成に加えて、前記突起の剛性の大小により前記蓄電セルの幅方向あるいは上下方向の保持力を調整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４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記突起が前記締結フレームに接触する接触面積の大小により前記保持力を調整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、前記締結フレームは幅方向あるいは上下方向に対向する一対の平行部を備え、前記平行部に前記突起を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、実施の形態の中間蓄電セルホルダ１２および端部蓄電セルホルダ１３は本発明のホルダに対応し、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に対応し、実施の形態のフランジ１６ａは本発明の平行部に対応する。
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および複数のホルダ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締結フレームで積層方向に締結して構成される。ホルダ、あるいは蓄電セルおよび締結フレーム間に配置された樹脂部材の幅方向外側に突出する弾性変形可能な突起を備え、突起を締結フレームに圧接することで蓄電セルを幅方向あるいは上下方向に保持するので、スプリングのような特別の付勢部材を必要とせずに、突起の弾性変形により締結フレームに対する蓄電セルの幅方向あるいは上下方向のガタを防止して蓄電セルを強固に保持し、蓄電モジュールの小型軽量化を可能にすることができる。しかも突起は幅方向一方だけに突出するので、突起の数を最小限に抑えながら蓄電セルの幅方向のガタを防止することができる。
また請求項２の構成によれば、隣接する突起の突出方向は相互に逆方向であるので、締結フレームの幅方向一方側に加わる荷重と幅方向他方側に加わる荷重とを均一化することができ、しかも蓄電セルの端子間を接続する各バスバーに加わる荷重を均一化することができる。
また請求項３の構成によれば、突起の剛性の大小により蓄電セルの幅方向あるいは上下方向の保持力を調整したので、突起の材質や形状を変化させるだけで蓄電セルの保持力を任意に調整することができる。
また請求項４の構成によれば、突起が締結フレームに接触する接触面積の大小により保持力を調整したので、突起の寸法を変化させるだけの簡単な構造で蓄電セルの保持力を任意に調整することができる。
また請求項５の構成によれば、締結フレームは幅方向あるいは上下方向に対向する一対の平行部を備え、平行部に突起を圧接したので、振動等による荷重で締結フレームが変形しても一対の平行部の間隔が一定に保持されることで蓄電セルのガタが効果的防止される。しかも一対の平行部によって締結フレームが補強されるため、締結フレーム自体の剛性が高まって変形し難くなり、蓄電セルのガタが一層効果的に防止される。
蓄電モジュールの分解斜視図。 側部締結フレーム、エンドプレート、端部蓄電セルホルダおよびインシュレータを取り外した蓄電モジュールの斜視図。 図２の３方向矢視図。 図３の４Ａ−４Ａ線および４Ｂ−４Ｂ線断面図。
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および図２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の下端部にボルト１８…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。
中間蓄電セルホルダ１２は、相互に隣接する一対の蓄電セル１１，１１の主面１１ａ，１１ａ間に挟まれる波板状のホルダ本体部１２ａと、ホルダ本体部１２ａの上部の幅方向両端から積層方向に張り出す一対の断面Ｌ字状の上部蓄電セル保持部１２ｂ，１２ｂと、ホルダ本体部１２ａの下部の幅方向両端から積層方向に張り出す一対の断面Ｌ字状の下部蓄電セル保持部１２ｃ，１２ｃとを備える。同様に、端部蓄電セルホルダ１３は、ホルダ本体部１３と、一対の上部蓄電セル保持部１３ｂ，１３ｂと、一対の下部蓄電セル保持部１３ｃ，１３ｃとを備える。端部蓄電セルホルダ１３は、蓄電セル１１とエンドプレート１４との間に挟まれる部材であり、中間蓄電セルホルダ１２と形状は僅かに異なるが、機能は同一である。
従って、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を積層したとき、中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３の上部蓄電セル保持部１２ｂ…，１３ｂ…および下部蓄電セル保持部１２ｃ…，１３ｃ…が蓄電セル１１…の四隅に係合するとともに、隣接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の上部蓄電セル保持部１２ｂ…，１３ｂ…どうしと、下部蓄電セル保持部１２ｃ…，１３ｃ…どうしとが積層方向に係合することで、１２個の蓄電セル１１…が整列状態に保持される。
矩形状の金属板よりなる底部締結フレーム１６の幅方向両端部に、断面Ｌ字状をなすように上向きに折り返された一対のフランジ１６ａ，１６ａが形成されており、一対のフランジ１６ａ，１６ａ間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の各一対の下部蓄電セル保持部１２ｃ…，１３ｃ…が挟まれるように支持される。
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（図１参照）、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の上端を幅方向内向きに折り返したフランジ１５ａ，１５ａに蓄電セル１１の頂面１１ｃを圧接する。
図２〜図４に示すように、中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３の下部蓄電セル保持部１２ｃ…，１３ｃ…の幅方向一方には、上下方向に延びるリブ状の突起１２ｄ…，１３ｄ…が幅方向外側に突設されており、底部締結フレーム１６の一対のフランジ１６ａ，１６ａ間に下部蓄電セル保持部１２ｃ…，１３ｃ…を圧入することで、突起１２ｄ…，１３ｄ…が潰れるように弾性変形する。
下部蓄電セル保持部１２ｃ…，１３ｃ…の幅方向一方だけに設けられた突起１２ｄ…，１３ｄ…の突出方向は交互に逆方向になっている。言い換えると、隣接する２個の中間蓄電セルホルダ１２，１２の突起１２ｄ，１２ｄの突出方向、あるいは隣接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の突起１２ｄ，１３ｄの突出方向は、相互に逆方向に設定される。
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。
所定の順番に積層された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および底部締結フレーム１６の積層方向両端部にボルト１７…，１８…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、幅方向一方の下部蓄電セル保持部１２ｃ…，１３ｃ…に形成した突起１２ｄ…，１３ｄ…を備えており、その突起１２ｄ…，１３ｄ…が底部締結フレーム１６の一方のフランジ１６ａの幅方向内面に圧入されて押し潰されるため、その反力で中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３が底部締結フレーム１６の他方のフランジ１６ａに圧接されることで、中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３の幅方向のガタの発生が防止され、突起１２ｄ…，１３ｄ…に作用する摩擦力によって上下方向のガタも防止される。その結果、中間蓄電セルホルダ１２…および端部蓄電セルホルダ１３，１３に挟まれて保持された蓄電セル１１…も幅方向および上下方向に拘束され、蓄電セル１１…の幅方向および上下方向のガタの発生が防止される。
以上のように、スプリングのような特別の部材を必要とせずに、突起１２ｄ…，１３ｄ…の弾性変形により底部締結フレーム１６に対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の幅方向および上下方向のガタを防止して蓄電セル１１…を幅方向に強固に保持し、蓄電モジュールＭの小型軽量化を図ることができる。
また突起１２ｄ…，１３ｄ…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の幅方向一方だけに突出するので、突起１２ｄ…，１３ｄ…の数を最小限に抑えながら蓄電セル１１…の幅方向および上下方向のガタを防止することができる。しかも突起１２ｄ…，１３ｄ…の突出方向は交互に逆方向であるので、底部締結フレーム１６の幅方向一方のフランジ１６ａに加わる荷重と幅方向他方のフランジ１６ａに加わる荷重とを均一化することができる。
また底部締結フレーム１６のフランジ１６ａに押し付けられて変形する突起１２ｄ…，１３ｄ…を構成する合成樹脂の材質を変化させたり、突起１２ｄ…，１３ｄ…のフランジ１６ａに対する接触面積、つまり突起１２ｄ…，１３ｄ…が弾性変形する部分の上下方向高さＨ（図４参照）や積層方向の幅Ｗ（図３参照）を変化させたりするだけで、突起１２ｄ…，１３ｄ…の剛性を変化させて蓄電セル１１…の保持力を任意にかつ容易に調整することができる。
また底部締結フレーム１６は一対のフランジ１６ａ，１６ａを備え、一対のフランジ１６ａ，１６ａに突起１２ｄ…，１３ｄ…を圧接したので、振動等による荷重で底部締結フレーム１６が変形しても一対のフランジ１６ａ，１６ａの間隔が一定に保持されることで蓄電セル１１…のガタが効果的に防止される。しかも一対のフランジ１６ａ，１６ａによって底部締結フレーム１６が補強されるため、底部締結フレーム１６自体の剛性が高まって変形し難くなり、蓄電セル１１…のガタが一層効果的に防止される。
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、実施の形態では突起１２ｄ，１３ｄを中間蓄電セルホルダ１２および端部蓄電セルホルダ１３に設けているが、その突起を蓄電セル１１および側部締結フレーム１５間、あるいは蓄電セル１１および底部締結フレーム１６間に配置された任意の樹脂部材に設けることができる。
また実施の形態では突起１２ｄ，１３ｄを底部締結フレーム１６のフランジ１６ａに圧接しているが、突起１２ｄ，１３ｄを底部締結フレーム１６の任意の部位に圧接しても良い。
また突起１２ｄ，１３ｄが圧接される相手方の部材は底部締結フレーム１６に限定されず、側部締結フレーム１５，１５であっても良い。
１１ 蓄電セル
１２ 中間蓄電セルホルダ（ホルダ）
１２ｄ 突起
１３ 端部蓄電セルホルダ（ホルダ）
１３ｄ 突起
１４ エンドプレート
１６ 底部締結フレーム（締結フレーム）
１６ａ フランジ（平行部）

Claims (5)

  1. 積層された複数の蓄電セル（１１）および複数のホルダ（１２，１３）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）を締結フレーム（１６）で積層方向に締結した蓄電モジュールであって、
    前記ホルダ（１２，１３）、あるいは前記蓄電セル（１１）および前記締結フレーム（１６）間に配置された樹脂部材の幅方向一方だけに幅方向外側に突出する弾性変形可能な突起（１２ｄ，１３ｄ）を備え、前記突起（１２ｄ，１３ｄ）を前記締結フレーム（１６）に圧接することで前記蓄電セルを幅方向あるいは上下方向に保持することを特徴とする蓄電モジュール。
  2. 隣接する前記突起（１２ｄ，１３ｄ）の突出方向は相互に逆方向であ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. 前記突起（１２ｄ，１３ｄ）の剛性の大小により前記蓄電セル（１１）の幅方向あるいは上下方向の保持力を調整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。
  4. 前記突起（１２ｄ，１３ｄ）が前記締結フレーム（１６）に接触する接触面積の大小により前記保持力を調整したことを特徴とする、請求項３に記載の蓄電モジュール。
  5. 前記締結フレーム（１６）は幅方向あるいは上下方向に対向する一対の平行部（１６ａ）を備え、前記平行部（１６ａ）に前記突起（１２ｄ，１３ｄ）を圧接したことを特徴とする、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。
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