JP6149490B2

JP6149490B2 - 組電池

Info

Publication number: JP6149490B2
Application number: JP2013092834A
Authority: JP
Inventors: 彰吾 ▲つる▼田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: JP2014216195A

Description

本願発明は、複数の蓄電素子が拘束されて一体となされた組電池に関し、特に、組電池に関連する部品を保持する絶縁部材を備えた組電池に関する。

従来、複数の蓄電素子（単電池）で構成される組電池が知られている。組電池は、例えば複数の蓄電素子を複数のバスバー（配線板）により直列接続し、高い電圧を発生させることができるものである。

このような組電池を組み立てるに際し、互いに隣り合う単電池の正の電極と負の電極との位置に対応するようにバスバーが板状の絶縁部材の上に配置されたいわゆるバスバーモジュールを用いる場合がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−２４３６０８号公報

ところが、バスバーが取り付けられた絶縁部材を組み立てられた蓄電素子の上に載置しても、各蓄電素子と絶縁部材との位置関係が定まらないため、バスバーと電極端子との接続に手間取るなど作業効率が低い状態となっている。

本願発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、組み立てられた複数の蓄電素子と蓄電素子の近傍に配置される絶縁部材との位置関係を容易に決定することができ、組電池を組み立てる工程を簡素化できる組電池の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる組電池は、複数の蓄電素子と、複数の前記蓄電素子を挟み込んで一体に拘束し、第１嵌合部を有する拘束部材と、前記拘束部材を架橋状に接続し複数の前記蓄電素子を拘束する架橋部材と、前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部を備えて前記蓄電素子の表面を覆う絶縁部材とを有することを特徴としている。

拘束部材は、複数の蓄電素子を挟み込んで一体に拘束するものであるため、蓄電素子に対する位置関係が安定している。したがって、拘束部材に設けられた第１嵌合部に絶縁部材に設けられた第２嵌合部を嵌合させることで、絶縁部材の位置決めを適正に行うことができる。

絶縁部材は、複数の蓄電素子を覆うものでもよいし、単一の蓄電素子の所定の表面を覆うものでもよい。絶縁部材は、板状のものでもよいし、枠状やスケルトン状のものでもよい。

絶縁部材は、前記拘束部材に架橋状に配置されるものでもよい。この場合、絶縁部材が一方の拘束部材から他方の拘束部材に延びて、絶縁部材に組み付ける部品のために、広い組み付け面積を提供できる。また、拘束部材に設けられた第１嵌合部に絶縁部材に設けられた第２嵌合部を嵌合させることで、比較的大きい設置面積を占める絶縁部材と、蓄電素子との位置関係を定めることができる。

絶縁部材は、蓄電素子の端子面（端子が配置された面）上に載置されるものでもよい。この場合、絶縁部材に組み付ける部品と蓄電素子の端子との距離を短くでき、それらの間の電気接続をとりやすくなる。

第１篏合部を凹陥部および突起部の一方とし、第２篏合部を凹陥部および突起部の他方としてもよいが、前記拘束部材に設けられる前記第１篏合部は凹陥部であり、前記絶縁部材に設けられる前記第２篏合部は前記凹陥部に嵌合する突起部であることが好ましい。拘束部材は、複数の蓄電素子をしっかりと拘束するために、剛性の高い部材、例えば金属製の板材により形成されることが好ましい。絶縁部材は、形状加工性が良好な樹脂部材であることが好ましい。拘束部材を金属などの剛性の高い部材で形成する場合、拘束部材に凹陥部を設けることは、拘束部材に突起部を設けることに比べて、簡単な加工で所望の形状を得やすい。

前記拘束部材は、基板と、前記基板から前記蓄電素子と反対側に折り曲げられた状態で突出するフランジとを備え、前記凹陥部は、前記基板と前記フランジとで形成される角部の外側に設けられてもよい。

これによれば、凹陥部が拘束部材の剛性（基板とフランジとの間の機械的強度）を高めることにも寄与する。

さらに、底壁と側壁と有し前記蓄電素子を収容する外装体と、前記側壁の内方の壁面に設けられるガイド部材とを備え、前記拘束部材は、前記ガイド部材と嵌合する溝部を備えるものでもよい。

これによれば、外装体に対する各蓄電素子の位置関係が安定する。従って、拘束部材を介して絶縁部材と外装体との位置関係も安定する。以上から、絶縁部材や絶縁部材に組み付けられた部品と外装体とを接続する工程も簡素化される。

また、外装体に設けられたガイド部材と拘束部材に設けられた溝部とが嵌合し絶縁部材も拘束部材に係合するため、外部からの振動や衝撃に対して蓄電素子や絶縁部材に組み付けられた部品を保護することが可能となる。

また、前記ガイド部材は、下方に向かうに従い幅が徐々に広くなるテーパ形状となっているものでもよい。

これによれば、架橋部材により一体となされた複数の蓄電素子（以下、「蓄電素子組立体」と記す場合がある）を外装体に容易に挿入することができ、外装体に対する蓄電素子組立体の位置合わせを容易に行うことができる。また、蓄電素子組立体を外装体に収容させた状態においては、ガイド部材の下部と溝部とが隙間無く、または、僅かな隙間で嵌合するため、正確に位置合わせを行うことができる。従って、外装体に対し絶縁部材の位置を正確に合わせることが可能となる。

本願発明によれば、組電池を組み立てる工程を簡素化することができる。

図１は、組電池を模式的に示す斜視図である。図２は、組電池の組立状態を外装体の一部を省略して模式的に示す斜視図である。図３は、拘束部材の上下のフランジを上方から示す斜視図である。図４は、分解状態の拘束部材と樹脂部材とを断面で示す断面図である。図５は、樹脂部材を下方から示した斜視図である。

次に、本願発明に係る組電池の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る組電池の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

図１は、組電池を模式的に示す斜視図である。

図２は、組電池の組立状態を外装体の一部を省略して模式的に示す斜視図である。

これらの図に示すように、組電池１００は、複数の蓄電素子１０１と、蓄電素子１０１を挟み込んで一体に拘束する拘束部材１４０と、拘束部材１４０を架橋状に接続する架橋部材１４２と、絶縁部材としての樹脂部材１０７とを備えている。本実施の形態の場合、組電池１００は、外装体１０２を備えている。

蓄電素子１０１は、充電することができ、また、放電することのできる素子であり、筐体１１１と、電極端子１１２と、安全弁１１４とを備えている。

筐体１１１は、発電要素（電極体）や電解液などを密封状態で収容する部材であり、蓄電素子１０１の機械的強度を担う部材である。

電極端子１１２は、筐体１１１の一面に配置される部材であり、筐体１１１の外方と内方との間で電気を導通する部材である。本実施の形態では、蓄電素子１０１は同方向に向かって突出する、正極および負極にそれぞれ対応する二つの電極端子１１２を備えている。

蓄電素子１０１は、筐体１１１の長側面同士が対向するように図中Ｘ軸方向に並んで配置されており、隣り合う蓄電素子１０１の一方の蓄電素子１０１の正極の電極端子１１２と他方の蓄電素子１０１の負極の電極端子１１２とが隣り合うように配置されている。また、蓄電素子１０１は、隣り合う正極の電極端子１１２と負極の電極端子１１２とがバスバー１１３に接続されて電気的に直列接続されている。蓄電素子１０１のいくつかは、並列接続されてもよい。

外装体１０２は、蓄電素子１０１と、拘束部材１４０と、架橋部材１４２とを収容する、底壁と側壁とを有する箱状の部材である。本実施の形態の場合、外装体１０２の側壁の内面にはガイド部材１０３が一体に設けられている。外装体１０２は、蓄電素子１０１を所定の位置に配置し、蓄電素子１０１を衝撃などから保護し、蓄電素子１０１が不本意に金属部材などに接触することを回避する。組電池１００は、外装体１０２の開口部を閉塞する蓋体１２２を備えている。外装体１０２、および、蓋体１２２は、絶縁性の材料、例えば樹脂などにより構成されている。

ガイド部材１０３は、外装体１０２の側壁の内面に設けられ、上下方向（図中Ｚ軸方向。底部に略直交する方向）に延びて配置されるレール状の部材である。本実施の形態の場合、ガイド部材１０３は、外装体１０２と一体に成形されている。また、ガイド部材１０３は、下方に向かうに従い幅が徐々に広くなるテーパ形状となっている。ガイド部材１０３は、外装体１０２の対向する両側壁の内面（図中ＹＺ平面に配置される壁面）にＹ軸方向に並んで複数本（本実施の形態の場合２本）ずつＸ軸方向に突出状態で設けられている。ガイド部材１０３を対向する内壁面に設けることで、蓄電素子組立体１０４（図２参照）を外装体１０２に安定した状態で挿入することができる。特に、一つの内壁面に複数のガイド部材１０３を設けることで、蓄電素子組立体１０４を外装体１０２により安定した状態で挿入することができる。

拘束部材１４０は、蓄電素子１０１の並び方向（図中Ｘ軸方向）の両端部に配置され複数の蓄電素子１０１を挟み込んで一体に拘束する部材である。拘束部材１４０は、基板１４１と、基板１４１の端縁部から蓄電素子１０１と反対側（Ｘ軸方向における蓄電素子側とは反対側）に折り曲げられた状態で突出するフランジ１４４とを備えている。また、拘束部材１４０は、基板１４１とフランジ１４４とで形成される角部の外側に、蓄電素子１０１から離れる方向に窪んだ凹陥部１４５を備えている。

本実施の形態の場合、拘束部材１４０は、板状の基板１４１の上端部および下端部に、拘束する蓄電素子１０１の反対側に突出するフランジ１４４が一体に設けられている。拘束部材１４０に上下のフランジ１４４を設けることで、拘束部材１４０の重量増加を抑制しつつ機械的強度を向上させることが可能となる。具体的には、拘束部材１４０は、金属製の板材を屈曲加工（絞り加工）することにより上下のフランジ１４４が成形されている。拘束部材１４０は、金属製の板材を絞り加工することにより、上下のフランジと、上下のフランジをつなぐ横フランジ（図示せず）とを備えてもよい。

図３は、拘束部材の上下のフランジを上方から示す斜視図である。

図４は、分解状態の拘束部材と樹脂部材とを断面で示す断面図である。

これらの図に示すように、拘束部材１４０は、基板１４１と上側のフランジ１４４とで形成される角部の外側に凹陥部１４５を備えている。

本実施の形態の場合、拘束部材１４０は、金属製の板材を絞り加工して形成され、凹陥部１４５は、基板１４１とフランジ１４４とを形成した後、角部の外側からハンマリング加工により形成されている。具体的には、基板１４１とフランジ１４４との間に形成される稜線の一部が外側から潰されて内側に三角形状に膨出し、凹陥部１４５が形成される。以上により、基板１４１とフランジ１４４とで形成される角部の内側にリブが形成（塑性変形により形成）された状態となる。

このように、拘束部材１４０に凹陥部１４５を設けることで、樹脂部材１０７の位置合わせの基準とすることができる。拘束部材１４０は、蓄電素子１０１を拘束するものであるため、蓄電素子１０１に対する位置関係が安定している。したがって、拘束部材１４０の所定箇所に設けられた凹陥部１４５は、蓄電素子１０１と樹脂部材との位置合わせに有用である。

さらに、角部の外側に凹陥部１４５を設けることで、基板１４１とフランジ１４４との間を斜めにつなぐリブが形成された状態となるため、基板１４１とフランジ１４４との間の機械的強度の向上を図ることも可能となる。

なお、図３に示した側に配置される一方の拘束部材１４０には、凹陥部１４５が図中のＹ軸方向に並んで複数（本実施の形態では３）箇所設けられており、図３に示していない側に配置される他方の拘束部材１４０には、一方の拘束部材１４０とは異なる数（例えば、２、４など）の凹陥部が図中のＹ軸方向に並んで設けられている。このように、二つの拘束部材１４０のそれぞれに異なる数の凹陥部１４５を設けることにより、樹脂部材１０７を取り付ける向きを教示し、間違った向きに樹脂部材１０７を取り付けようとした場合に凹陥部１４５に突起部１７１（後述）が挿入できないため、向きの間違いを提示することが可能となる。

本実施の形態の場合は、下側のフランジ１４４にも同様に凹陥部１４５が設けられている。また、下側のフランジ１４４には、溝部１４３が設けられている。

溝部１４３は、外装体１０２の側壁内面に設けられたガイド部材１０３（図２参照）と摺動可能に嵌合する形状である。

また、溝部１４３の幅（図中Ｙ軸方向の間隔）は、ガイド部材１０３の下端部の幅（図中Ｙ軸方向の長さ）と一致、または、ほぼ一致している。これにより、ガイド部材１０３に溝部１４３を篏合させみながら、蓄電素子組立体１０４を外装体１０２に挿入することでガイド部材１０３の下端部と溝部１４３とが嵌まり合い、外装体１０２内方における蓄電素子組立体１０４の位置を決定することが可能となる。

架橋部材１４２は、Ｘ軸方向に並べられた蓄電素子１０１の両端部の外方に配置される拘束部材１４０を架橋状に接続し複数の蓄電素子１０１を一体に拘束する拘束力を発生させる部材である。本実施の形態の場合、架橋部材１４２は、Ｙ軸方向における蓄電素子１０１の両側方に配置され、Ｘ軸方向に延在する棒状の部材であり、拘束部材１４０の四隅にそれぞれ配置されている。架橋部材１４２の長さは、Ｘ軸方向に並べられた蓄電素子１０１などの全体の長さよりも僅かに短く設定されており、架橋部材１４２の端部と拘束部材１４０とをネジなどで締結することにより複数の蓄電素子１０１を拘束する拘束力を発生させている。

図５は、樹脂部材を下方から示した斜視図である。

樹脂部材１０７は、並べて配置された複数の蓄電素子１０１の両端部に配置される二つの拘束部材１４０に架橋状に配置され、バスバーや、制御用電子回路基板などの部品が取り付けられる絶縁性の部材である。また、樹脂部材１０７は、拘束部材１４０に設けられた凹陥部１４５に係合する突起部１７１を備えている。

本実施の形態の場合、突起部１７１は、拘束部材１４０の角部に設けられた三角形状の凹陥部１４５（図４参照）に対応するように、三角形状の断面を備えている。凹陥部１４５は、緩衝部材１１０とともに穴を形成する。突起部１７１は、その穴に嵌合する形状（側面視三角柱形状）となっている。

緩衝部材１１０とは、蓄電素子１０１同士の間、および、蓄電素子１０１と拘束部材１４０との間に配置される薄い板状の絶縁性の部材であり、蓄電素子１０１同士や拘束部材１４０との間での絶縁状態を確保し、組電池１００に衝撃などが加わった際に蓄電素子１０１と拘束部材１４０との間で発生する衝突や擦れを防止する機能を有している。

次に、組電池の製造方法を説明する。

矩形の蓄電素子１０１の長側面が対向するように蓄電素子１０１の厚さ方向に複数の蓄電素子１０１を層状に並べて配置する（配置工程）。ここで、絶縁、および、緩衝のための樹脂製板状の緩衝部材１１０を隣接する蓄電素子１０１の間に挟み込んでもよい。

次に、拘束部材１４０をフランジ１４４を外向きにして蓄電素子１０１の並び方向の両端部に配置し、蓄電素子１０１全体を挟み込む。次に、拘束部材１４０を架橋部材１４２で架橋状に接続して二つの拘束部材１４０の間隔を若干短くして蓄電素子１０１全体を拘束する（拘束工程）。以上により、蓄電素子組立体１０４が形成される（図２参照）。拘束工程の前後に、蓄電素子１０１同士をバスバー１１３で接続したり、リレーやシャント抵抗、制御基板などの電気機器を蓄電素子１０１に接続したりしてもかまわない。外装体１０２に収容される前にこれらの接続を行うことで、バスバー１１３等の取り付けを容易に行うことができる。

次に、蓄電素子組立体１０４の二つの拘束部材１４０に樹脂部材１０７を架橋状に取り付ける（樹脂部材取り付け工程）。この際、拘束部材１４０に設けられた凹陥部１４５に樹脂部材１０７に設けられた突起部１７１を係合（挿入）するように樹脂部材１０７を配置することで、蓄電素子組立体１０４に対する樹脂部材１０７の位置を容易に決定することが可能となる。従って、例えば拘束部材１４０の上側のフランジ１４４に設けられた固定用穴と樹脂部材１０７に設けられた貫通孔とを容易に重ね合わせることができ、蓄電素子組立体１０４に樹脂部材１０７を容易にネジ１７２等により締結することが可能となる。

次に、容器状の外装体１０２の内方の壁面に設けられた上下方向に延びて配置されるレール状のガイド部材１０３の上端部に、拘束部材１４０に設けられた溝部１４３の開口端部を合わせる（位置合わせ工程）。本実施の形態の場合、ガイド部材１０３は、外装体１０２の対向する二つの内壁面にそれぞれ設けられており、蓄電素子１０１の両端部外方に取り付けられた二つの拘束部材１４０の外方に突出した下側のフランジ１４４にそれぞれ設けられた溝部１４３とガイド部材１０３の上端部とを嵌合状態で合わせる。このようにすることで、外装体１０２と蓄電素子組立体１０４との水平方向の位置関係が安定し、蓄電素子組立体１０４を外装体１０２に挿入しやすくなる。さらに、ガイド部材１０３は、上端部から下方に向かって拡径するテーパ形状となっており、ガイド部材１０３の上端部の形状は溝部１４３の開口端部の形状よりも小さく設定されている。このため、ガイド部材１０３の上端部と溝部１４３の開口端部との位置合わせを容易に行うことができる。

次に、それぞれのガイド部材１０３と溝部１４３とが嵌合した状態でガイド部材１０３に対して溝部１４３を摺動させながら、蓄電素子組立体１０４を外装体１０２の内方に挿入して収容する（収容工程）。蓄電素子組立体１０４を外装体１０２に完璧に挿入すると、ガイド部材１０３の下端部と溝部１４３とが幅方向（図中Ｙ軸方向）において隙間なく嵌合し、外装体１０２に対する蓄電素子組立体１０４のＹ軸方向のがたつきを抑制することができる。また、対向する二つの外装体１０２の内壁面にそれぞれ設けられたガイド部材１０３のＸ軸方向の間隔と、蓄電素子組立体１０４の両端部に配置される溝部１４３とのＸ軸方向の間隔とを同一、または、ほぼ同一とすることで、外装体１０２に対する蓄電素子組立体１０４のＸ軸方向のがたつきも抑制することができる。

次に、拘束部材１４０の上端部とガイド部材１０３の上端部とをガイド部材１０３の下端部と溝部１４３とが嵌合する位置から上方向に延びる軸（図中Ｚ軸）上で固定部材１０５を用いて固定的に接続する（固定工程）。

最後に、外装体１０２に蓋体１２２を取り付けて、組電池１００の製造が終了する。

以上のように組電池１００を製造することにより、蓄電素子組立体１０４に樹脂部材１０７を正確な位置に容易に取り付けることができる。また、樹脂部材１０７が取り付けられた蓄電素子組立体１０４を上部が開口した容器状の外装体１０２に挿入するだけで、水平方向における外装体１０２に対する蓄電素子組立体１０４の位置が安定する。さらに、固定部材１０５により拘束部材１４０とガイド部材１０３とを固定することで、蓄電素子組立体１０４と外装体１０２とが固定され、鉛直方向における外装体１０２に対する蓄電素子組立体１０４の位置が安定する。これにより、蓄電素子組立体１０４を介して外装体１０２と樹脂部材１０７との間で正しい位置関係を確保することできる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態では緩衝部材１１０を説明しているが、緩衝部材１１０は組電池１００における好ましい態様であり、必須の部材ではない。

本願発明は、例えば人や物を輸送する輸送用機器に搭載される電力供給用の組電池などとして利用可能である。

１００組電池
１０１蓄電素子
１０２外装体
１０３ガイド部材
１０４蓄電素子組立体
１０７樹脂部材
１１０緩衝部材
１１１筐体
１１２電極端子
１１３バスバー
１１４安全弁
１２２蓋体
１４０拘束部材
１４１基板
１４２架橋部材
１４３溝部
１４４フランジ
１４５凹陥部
１７１突起部
１７２ネジ

Claims

複数の蓄電素子と、
複数の前記蓄電素子を挟み込んで一体に拘束し、第１嵌合部を有する拘束部材と、
前記拘束部材を架橋状に接続し複数の前記蓄電素子を拘束する架橋部材と、
前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部を備えて前記蓄電素子の表面を覆う絶縁部材とを有し、
前記第１嵌合部及び前記第２嵌合部は、前記拘束部材及び前記絶縁部材の締結部と隣り合う位置に配置される
組電池。
複数の蓄電素子と、
複数の前記蓄電素子を挟み込んで一体に拘束し、第１嵌合部を有する拘束部材と、
前記拘束部材を架橋状に接続し複数の前記蓄電素子を拘束する架橋部材と、
前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部を備えて前記蓄電素子の表面を覆う絶縁部材とを有し、
前記第１嵌合部及び前記第２嵌合部は、複数の前記蓄電素子の並び方向において、前記拘束部材及び前記絶縁部材の締結部よりも内側に配置される
組電池。
複数の蓄電素子と、
複数の前記蓄電素子を挟み込んで一体に拘束し、第１嵌合部を有する拘束部材と、
前記拘束部材を架橋状に接続し複数の前記蓄電素子を拘束する架橋部材と、
前記第１嵌合部と嵌合する第２嵌合部を備えて前記蓄電素子の表面を覆う絶縁部材とを有し、
前記拘束部材は、
基板と、
前記基板から前記蓄電素子と反対側に折り曲げられた状態で突出するフランジとを備え、
前記第１嵌合部は、前記基板と前記フランジとで形成される角部の外側に設けられる
組電池。
前記第２嵌合部は、前記蓄電素子に対向する対向面と、前記対向面から傾斜した傾斜面とを有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の組電池。
前記第１嵌合部は凹陥部であり、前記第２嵌合部は前記凹陥部に嵌合する突起部である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の組電池。
さらに、
底壁と側壁とを有し前記蓄電素子を収容する外装体と、
前記側壁の内方の壁面に設けられ、前記底壁と略直交する方向に延びるガイド部材とを備え、
前記拘束部材は、
前記ガイド部材と嵌合する溝部を備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の組電池。
前記ガイド部材は、前記底壁に向かうに従い幅が徐々に広くなるテーパ形状となっている
請求項６に記載の組電池。