JP6449108B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数個の蓄電セルが積層される蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールに設けられる締結部に接続されることにより、該蓄電モジュールに接続される取り付けプレートと、を備える蓄電装置に関する。
一般的に、複数個の蓄電セル(バッテリセル)が積層された蓄電モジュール(バッテリモジュール)が知られている。この蓄電モジュールは、例えば、ハイブリッド車両やEV等の電動車両に搭載されるため、多数の蓄電セルを積層することにより、出力電圧を高く設定している。
蓄電モジュールでは、蓄電セルの積層方向両端に、一対のエンドプレートが配置されるとともに、前記一対のエンドプレートは、例えば、前記蓄電セルの側面に沿って積層方向に配置された一対のラダーフレームにより締結されている。その際、蓄電モジュールは、複数個の蓄電セルを積層して構成されるため、各蓄電セルの厚さの公差が累積して蓄電モジュールの長さにばらつきが発生するという問題がある。
そこで、例えば、特許文献1に開示されているバッテリモジュールユニットが知られている。このバッテリモジュールユニットでは、一対のバッテリモジュールを直列に配置して一体化している。バッテリモジュールは、複数個のバッテリセルを積層して第1エンドプレート及び第2エンドプレート間に挟持し、前記第1エンドプレート及び前記第2エンドプレートを連結部材で連結している。
そして、連結部材の一端を第2エンドプレートに固定するとともに、他端を第1エンドプレートに公差吸収手段を介して連結し、一対のバッテリモジュールの前記第1エンドプレートを共通の一部材で構成している。
このため、バッテリセルの厚さの公差の累積によって各々のバッテリモジュールの積層方向の長さに差が発生しても、その差を第2エンドプレートの位置を異ならせて吸収することができる、としている。
特開2013−122820号公報
ところで、近年、蓄電モジュールの高容量化及び高出力化に伴って、蓄電セルが膨張する場合がある。このため、蓄電モジュールは、蓄電セルの積層方向に沿って膨れるおそれがある。従って、蓄電モジュールを取り付け部位に固定する締結手段、又は、前記蓄電モジュールに他の部品を取り付ける締結手段、例えば、ボルトに緩みが発生して所望の固定状態を維持することができないおそれがある。
本発明は、この種の問題を解決するものであり、蓄電セルが膨張して積層方向の寸法が変化しても、該寸法の変化を容易且つ確実に吸収することができ、蓄電モジュールと取り付けプレートとの固定状態を良好に確保することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。
本発明に係る蓄電装置は、複数個の蓄電セルが積層される蓄電モジュールと、前記蓄電モジュールに設けられる締結部に接続されることにより、該蓄電モジュールに接続される取り付けプレートと、を備えている。
取り付けプレートには、蓄電セルの積層方向と交差するセル側面方向に延在し、前記積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部が設けられている。そして、変位吸収部は、締結部よりも積層方向の内側に設けられている。
また、変位吸収部は、セル側面方向に延在する湾曲形状部であり、前記セル側面方向からの取り付けプレートの側面視で波形状を有することが好ましい。
さらに、変位吸収部は、セル側面方向の中央部分で積層方向外方に突出する突出中央部と、前記突出中央部から前記セル側面方向の両側に向かって前記積層方向内方に離間する両端部と、を有することが好ましい。
さらにまた、取り付けプレートは、蓄電モジュールを保持して取り付け部位に固定される固定部を備えることが好ましい。その際、固定部は、積層方向に沿って締結部よりも内側に設けられ、且つ、前記積層方向に沿って前記固定部と前記締結部との間に変位吸収部が配置されることが好ましい。
本発明によれば、取り付けプレートには、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部が設けられている。このため、蓄電セルが積層方向に膨張した際、変位吸収部が前記積層方向に伸びるように変形することにより、前記蓄電セルの膨れを吸収することができる。従って、締結部が、緩むことを、確実に阻止することが可能になる。
これにより、蓄電セルが膨張して積層方向の寸法が変化しても、変位吸収部を介して該寸法の変化を容易且つ確実に吸収することができ、蓄電モジュールと取り付けプレートとの固定状態を良好に確保することが可能になる。
本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置が組み込まれるパワーユニットの要部斜視説明図である。 前記蓄電装置の分解斜視説明図である。 前記蓄電装置の、図2中、III−III線断面説明図である。 前記蓄電装置を構成する他の取り付けプレートの斜視説明図である。 前記他の取り付けプレートの、図4中、V−V線断面説明図である。 本発明の第2の実施形態に係る蓄電装置の要部分解斜視説明図である。 本発明の第3の実施形態に係る蓄電装置が組み込まれるパワーユニットの要部斜視説明図である。 前記蓄電装置の要部側面説明図である。 本発明の第4の実施形態に係る蓄電装置の要部分解斜視説明図である。
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置10は、パワーユニット12に組み込まれる。パワーユニット12は、電動車両(例えば、ハイブリッド車両、又はEV)に搭載され、前記電動車両は、前記パワーユニット12から供給される電気により走行用モータ(図示せず)が駆動される。
パワーユニット12は、車体フレーム(図示せず)に設けられる固定プレート(取り付け部位)14を備える。固定プレート14上には、蓄電装置10を構成する複数組の蓄電モジュール16が、取り付けプレート18を介して搭載される。任意の蓄電モジュール16上には、固定プレート14に取り付けられた取り付けプレート18aを介して他の蓄電モジュール16が積層される。
固定プレート14上には、略中央部の空間部位に位置して制御部20が搭載される。制御部20は、例えば、インバータ装置、リレー装置及びバッテリECU等の各種機器類を備える。
図2に示すように、蓄電モジュール16は、複数個の蓄電セル22が水平方向(矢印A方向)に積層される。蓄電セル22は、矩形状を有するとともに、立位姿勢に配置された状態で、絶縁性を有するセパレータ(ホルダ)24と交互に矢印A方向に積層される。蓄電セル22は、例えば、リチウムイオンバッテリからなり、長方形(又は正方形)を有する。
蓄電セル22の積層方向両端には、断熱機能及び絶縁機能を有するインシュレータプレート(又はセパレータ24でもよい)26a、26bを介装して長方形状(又は正方形状)のエンドプレート28a、28bが配置される。エンドプレート28a、28b同士は、矢印B方向両端に配置されて矢印A方向に延在する、例えば、一対の連結バンド30a、30bにより連結され、複数個の蓄電セル22が一体に保持される。
エンドプレート28a、28bは、略平板状に構成されるとともに、前記エンドプレート28a、28bの矢印B方向両端縁部には、それぞれ複数個のねじ31a、31bを介して連結バンド30a、30bの両端が固定される。エンドプレート28aの矢印B方向両端縁部には、鉛直方向に貫通して孔部32aが形成され、エンドプレート28bの矢印B方向両端縁部には、鉛直方向に貫通して孔部32bが形成される。孔部32a、32bには、それぞれ締結部である固定ねじ34が挿入される。
蓄電モジュール16の上部には、例えば、バスバーユニット35が装着される。バスバーユニット35は、互いに隣接する一方の蓄電セル22のプラス電極端子と他方の蓄電セル22のマイナス電極端子とを電気的に接続する。複数個の蓄電セル22は、バスバーユニット35を介して電気的に直列に接続される。
取り付けプレート18は、蓄電セル22の積層方向(矢印A方向)に長尺な金属製板材からなる。取り付けプレート18の矢印A方向両端縁部には、それぞれ一対のねじ孔36a、36bが形成される。ねじ孔36a、36bは、エンドプレート28a、28bの孔部32a、32bと同軸上に配置され、固定ねじ34が螺合される。
取り付けプレート18は、矢印A方向に交差する矢印B方向の両長辺には、固定部であるフランジ部38a、38bが矢印B方向に突出形成される。一対のフランジ部38aは、一対のねじ孔36aに近接する端部側に設けられる一方、一対のフランジ部38bは、一対のねじ孔36bに近接する端部側に設けられる。
フランジ部38a、38bには、孔部40a、40bが形成され、前記孔部40a、40bに挿入されるねじ42は、固定プレート14に形成されたねじ孔44a、44bに螺合される。取り付けプレート18は、ねじ42が孔部40a、40bに挿入されてねじ孔44a、44bに螺合されることにより、固定プレート14に固定される。
取り付けプレート18には、矢印B方向(蓄電セル22の積層方向に交差するセル側面方向)に延在し、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部46a、46bが設けられる。
図2及び図3に示すように、変位吸収部46aは、ねじ孔36a(締結部)よりも積層方向の内側に、より具体的には、積層方向に沿って、固定ねじ34とねじ42(固定部)との間に設けられる。変位吸収部46aは、矢印B方向(セル側面方向)に延在する湾曲形状部であり、矢印B方向からの取り付けプレート18の側面視で波形状を有する。
図2に示すように、変位吸収部46bは、ねじ孔36b(締結部)よりも積層方向の内側に、より具体的には、積層方向に沿って、固定ねじ34とねじ42(固定部)との間に設けられる。変位吸収部46bは、矢印B方向(セル側面方向)に延在する湾曲形状部であり、矢印B方向からの取り付けプレート18の側面視で波形状を有する。
図4及び図5に示すように、取り付けプレート18aは、金属製板材からなり、固定プレート14のプレート面(水平面)から鉛直方向に延在する垂直面50aを有する。垂直面50aの上端部には、水平方向に屈曲して延在する水平部50bが一体に設けられる。取り付けプレート18aを構成する水平部50bの矢印A方向両端縁部には、それぞれ一対のねじ孔36a、36bが形成される。
取り付けプレート18aを構成する垂直面50aの下端部には、固定部であるフランジ部38a、38bが矢印B方向に突出形成される。フランジ部38a、38bには、孔部40a、40bが形成され、前記孔部40a、40bに挿入されるねじ42は、固定プレート14に形成されたねじ孔44a、44bに螺合される。取り付けプレート18aは、固定プレート14に固定される。
図4に示すように、取り付けプレート18aには、矢印B方向(蓄電セル22の積層方向に交差するセル側面方向)に延在し、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部46a、46bが設けられる。変位吸収部46aは、積層方向に沿って、ねじ孔36aとフランジ部38a(ねじ42)との間に設けられ、変位吸収部46bは、積層方向に沿って、ねじ孔36bとフランジ部38b(ねじ42)との間に設けられる。
変位吸収部46a、46bは、矢印B方向(セル側面方向)及び矢印C方向(セル側面方向)に延在する波形状の湾曲形状部であり、垂直面50aから水平部50bに亘って連続して設けられる。
図5に示すように、取り付けプレート18aの裏面側には、前記取り付けプレート18aとともに蓄電モジュール16の3面を覆ってカバープレート52が配置される。カバープレート52は、下端部に設けられるフランジ部53が固定プレート14にねじ54を介して固定される一方、上端部が取り付けプレート18aの上部に設けられるフランジ部55にねじ56を介して固定される。
このように構成される蓄電装置10では、図2に示すように、取り付けプレート18には、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部46a、46bが設けられている。このため、蓄電セル22が膨張して蓄電モジュール16が前記蓄電セル22の積層方向に膨れた際、前記蓄電モジュール16を保持して固定する取り付けプレート18は、変位吸収部46a、46bが積層方向に伸びるように変形する。
具体的には、変位吸収部46a、46bは、波形状の湾曲形状部である。一方、フランジ部38a、38b(固定部)は、積層方向に沿ってねじ孔36a、36b(締結部)よりも内側に設けられている。そして、変位吸収部46a、46bは、積層方向に沿って、フランジ部38a、38bとねじ孔36a、36bとの間に配置されている。従って、図3に示すように、蓄電モジュール16全体が積層方向に膨れると、前記蓄電モジュール16の両端部には、矢印Fで示す荷重(応力)が付与されている。
蓄電モジュール16のエンドプレート28aには、ねじ孔36aに螺合する固定ねじ34が挿入されている。これにより、固定ねじ34に荷重が付与されることによって、変位吸収部46aは、波形状がなだらかになるように変形し、蓄電セル22の膨れを吸収することができる(図3中、実線から二点鎖線参照)。このため、ねじ42が緩むことを、確実に阻止することが可能になる。エンドプレート28b側は、上記のエンドプレート28a側と同様に、変位吸収部46bが変形して蓄電セル22の膨れを吸収することができる。
従って、蓄電セル22が膨張して積層方向の寸法が変化しても、変位吸収部46a、46bを介して該寸法の変化を容易且つ確実に吸収することが可能になる。これにより、蓄電モジュール16と取り付けプレート18との固定状態を良好に確保することが可能になるという効果が得られる。
また、図4及び図5に示すように、任意の蓄電モジュール16上には、固定プレート14に取り付けられる取り付けプレート18aを介して他の蓄電モジュール16が積層されている。取り付けプレート18aは、取り付けプレート18と同様に、変位吸収部46a、46bを設けており、前記取り付けプレート18と同様の効果が得られる。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る蓄電装置60の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る蓄電装置10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
蓄電装置60は、取り付けプレート62を備え、前記取り付けプレート62には、矢印B方向に延在し、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部64a、64bが設けられる。変位吸収部64aは、積層方向に沿って、ねじ孔36aとフランジ部38aとの間に設けられ、変位吸収部64bは、積層方向に沿って、ねじ孔36bとフランジ部38bとの間に設けられる。変位吸収部64a、64bは、矢印B方向(セル側面方向)に延在する湾曲形状部であり、矢印B方向からの取り付けプレート62の側面視で波形状を有する。
変位吸収部64a、64bは、矢印B方向の中央部分で積層方向外方に突出する突出中央部66aと、前記突出中央部66aから矢印B方向の両側に向かって積層方向内方に離間する両端部66b、66cと、を有する。
このように構成される第2の実施形態では、変位吸収部64a、64bは、突出中央部66aと、両端部66b、66cとを有し、平面視で波形状に設定されている。このため、取り付けプレート62全体の剛性を一層向上させることができる他、積層方向に良好に変形することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る蓄電装置70が組み込まれるパワーユニット72の要部斜視説明図である。
パワーユニット72は、車体フレーム(図示せず)に設けられる固定プレート(取り付け部位)74を備える。固定プレート74上には、蓄電装置70を構成する複数組の蓄電モジュール16が、取り付けプレート18を介して搭載される。複数組、例えば、4組の蓄電モジュール16上には、取り付けプレート76が一体に接続されるとともに、前記取り付けプレート76には、各種の機器類78a、78b及び78cが搭載される。少なくとも機器類78a、78b又は78cは、例えば、配電部品を備える。
取り付けプレート76は、複数組、例えば、4組の蓄電モジュール16の配列方向(積層方向と交差する矢印B方向)に長尺な金属製板材からなり、4組の前記蓄電モジュール16上を一体に覆う。取り付けプレート76の短辺方向の長さは、蓄電セル22の積層方向の長さに相当する。取り付けプレート76の各長辺には、エンドプレート28a、28bの上面に立設された保持ピン80a、80bが挿入されるそれぞれ4個の孔部82a、82b(締結部)が形成される。
取り付けプレート76には、矢印B方向(蓄電セル22の積層方向に交差するセル側面方向)に延在し、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部84a、84bが設けられる。変位吸収部84a、84bは、孔部82a、82b(締結部)よりも積層方向の内側に設けられる。変位吸収部84a、84bは、矢印B方向(セル側面方向)に延在する湾曲形状部であり、矢印B方向からの取り付けプレート76の側面視で波形状を有する(図7及び図8参照)。
このように構成される第3の実施形態では、取り付けプレート76には、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部84a、84bが設けられている。このため、蓄電セル22が膨張して各蓄電モジュール16が前記蓄電セル22の積層方向に膨れた際、各蓄電モジュール16上に一体に設けられる取り付けプレート76は、変位吸収部84a、84bが積層方向に伸びるように変形する。
従って、取り付けプレート76上に搭載されている機器類78a、78b及び78cは、不要に変位することがない。特に、変位による影響が著しい配電部品では、変位を可及的に抑制することができ、良好に保護することが可能になるという効果が得られる。
図9は、本発明の第4の実施形態に係る蓄電装置90の要部分解斜視説明図である。なお、第3の実施形態に係る蓄電装置70と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
蓄電装置90では、単一(又は複数組)の蓄電モジュール16上に取り付けプレート92が接続されるとともに、前記取り付けプレート92には、図示しない各種の機器類が搭載される。取り付けプレート92は、蓄電セル22の積層方向に長尺な金属製板材からなり、両短辺側端部には、エンドプレート28a、28bの上面に立設されたそれぞれ2個の保持ピン80a、80bが挿入されるそれぞれ2個の孔部82a、82b(締結部)が形成される。
取り付けプレート92には、矢印B方向(蓄電セル22の積層方向に交差するセル側面方向)に延在し、積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部94a、94bが設けられる。変位吸収部94a、94bは、孔部82a、82b(締結部)よりも積層方向の内側に設けられる。変位吸収部94a、94bは、矢印B方向(セル側面方向)に延在する湾曲形状部であり、矢印B方向からの取り付けプレート92の側面視で波形状を有する。
変位吸収部94a、94bは、矢印B方向の中央部分で積層方向外方に突出する突出中央部96aと、前記突出中央部96aから矢印B方向両側に向かって前記積層方向内方に離間する両端部96b、96cと、を有する。
このように構成される第4の実施形態では、変位吸収部94a、94bは、突出中央部96aと、両端部96b、96cとを有し、平面視で波形状に設定されている。このため、取り付けプレート92全体の剛性を一層向上させることができるとともに、積層方向に良好に変形することが可能になる等、上記の第2の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第4の実施形態では、第3の実施形態に係る蓄電装置70を構成する取り付けプレート76に適用することもできる。
10、60、70、90…蓄電装置 12、72…パワーユニット
14、74…固定プレート 16…蓄電モジュール
18、18a、62、76、92…取り付けプレート
20…制御部 22…蓄電セル
28a、28b…エンドプレート 32a、32b…孔部
34…固定ねじ 36a、36b、44a、44b…ねじ孔
38a、38b、53、55…フランジ部
40a、40b、82a、82b…孔部
42、54、56…ねじ 46a、46b、64a、64b、84a、84b、94a、94b…変位吸収部
50a…垂直面 50b…水平部
52…カバープレート 66a、96a…突出中央部
66b、66c、96b、96c…両端部
80a、80b…保持ピン

Claims (4)

  1. 複数個の蓄電セルが積層される蓄電モジュールと、
    前記蓄電モジュールに設けられる締結部に接続されることにより、該蓄電モジュールに接続される取り付けプレートと、
    を備える蓄電装置であって、
    前記取り付けプレートには、前記蓄電セルの積層方向と交差するセル側面方向に延在し、前記積層方向の荷重により変形して該積層方向の変位を吸収する変位吸収部が設けられるとともに、
    前記変位吸収部は、前記締結部よりも前記積層方向の内側に設けられることを特徴とする蓄電装置。
  2. 請求項1記載の蓄電装置において、前記変位吸収部は、前記セル側面方向に延在する湾曲形状部であり、前記セル側面方向からの前記取り付けプレートの側面視で波形状を有することを特徴とする蓄電装置。
  3. 請求項1又は2記載の蓄電装置において、前記変位吸収部は、前記セル側面方向の中央部分で前記積層方向外方に突出する突出中央部と、
    前記突出中央部から前記セル側面方向の両側に向かって前記積層方向内方に離間する両端部と、
    を有することを特徴とする蓄電装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電装置において、前記取り付けプレートは、前記蓄電モジュールを保持して取り付け部位に固定される固定部を備え、
    前記固定部は、前記積層方向に沿って前記締結部よりも内側に設けられ、且つ、前記積層方向に沿って前記固定部と前記締結部との間に前記変位吸収部が配置されることを特徴とする蓄電装置。
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