JP7151473B2 - 蓄電モジュール - Google Patents

Description

本開示は、蓄電モジュールに関する。

たとえば、特開２０１５－２２５７００号公報（以下、「特許文献１」という。）には、一方向に沿って並ぶように配置された複数の蓄電池からなる蓄電池群と、複数の蓄電池の積層方向における蓄電池群の両端に配置された一対のエンドプレートと、エンドプレートの端部同士を接続する一対の連結バンドと、備える蓄電装置が開示されている。各連結バンドの端部は、ねじによりエンドプレートに固定されている。

特開２０１５－２２５７００号公報

特許文献１に記載されるような蓄電モジュールにおいて、エンドプレートと拘束バンドとを溶接により接続する場合、エンドプレートと拘束バンドとの隙間を通じて進入したスパッタが二次電池に至るおそれがある。

本開示の目的は、拘束バンドを溶接する際に生じるスパッタの進入を抑制可能な蓄電モジュールを提供することである。

本開示に従った蓄電モジュールは、一方向に並ぶように配置された複数の二次電池と、前記一方向における前記複数の二次電池の一方側に配置された第１エンドプレートと、前記一方向における前記複数の二次電池の他方側に配置された第２エンドプレートと、金属材料からなり、前記一方向と直交する直交方向における前記複数の二次電池の一方側に配置されているとともに前記第１エンドプレートから前記第２エンドプレートに至るように延びる形状を有する第１拘束部材と、金属材料からなり、前記直交方向における前記複数の二次電池の他方側に配置されているとともに前記第１エンドプレートから前記第２エンドプレートに至るように延びる形状を有する第２拘束部材と、前記第１エンドプレートと前記第１拘束部材との間に配置された第１楔部材と、前記第１エンドプレートと前記第２拘束部材との間に配置された第２楔部材と、を備える。前記第１エンドプレートは、前記第１拘束部材から離間しかつ前記第１拘束部材と対向する第１対向面と、前記第２拘束部材から離間しかつ前記第２拘束部材と対向する第２対向面と、を有する。前記第１楔部材は、前記第１対向面と前記第１拘束部材との隙間を埋める形状を有するとともに、前記第１拘束部材と同じ材料からなる。前記第２楔部材は、前記第２対向面と前記第２拘束部材との隙間を埋める形状を有するとともに、前記第２拘束部材と同じ材料からなる。前記第１楔部材と前記第１拘束部材との境界部は、溶接されており、前記第２楔部材と前記第２拘束部材との境界部は、溶接されている。

本蓄電モジュールでは、第１楔部材が第１エンドプレートの第１対向面と第１拘束部材との隙間を埋める形状を有し、第２楔部材が第１エンドプレートの第２対向面と第２拘束部材との隙間を埋める形状を有しているため、第１楔部材と第１拘束部材との境界部を溶接する際に生じるスパッタが第１エンドプレートと第１拘束部材との隙間を通じて二次電池に至ることと、第２楔部材と第２拘束部材との境界部を溶接する際に生じるスパッタが第１エンドプレートと第２拘束部材との隙間を通じて二次電池に至ることとが抑制される。

以上に説明したように、本開示によれば、拘束バンドを溶接する際に生じるスパッタの進入を抑制可能な蓄電モジュールを提供することができる。

本開示の一実施形態の蓄電モジュールの構成を概略的に示す斜視図である。 第１エンドプレートの近傍を概略的に示す平面図である。 第２エンドプレートの近傍を概略的に示す平面図である。 第１楔部材を介して第１エンドプレートから第１拘束部材に伝わる力を概略的に示す図である。 図４に示される実施形態に対する比較例において、第１エンドプレートから第１拘束部材に伝わる力を概略的に示す図である。 第１楔部材および第２楔部材を組み付ける工程を概略的に示す図である。 第１楔部材および第１拘束部材、並びに、第２楔部材および第２拘束部材をレーザ溶接により溶接した例を概略的に示す図である。 蓄電モジュールの変形例を概略的に示す平面図である。

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本開示の一実施形態の蓄電モジュールの構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態の蓄電モジュール１は、例えば、車両の車室内に搭載される。図１に示されるように、蓄電モジュール１は、複数の二次電池１０と、第１エンドプレート２１と、第２エンドプレート２２と、第１拘束部材３１と、第２拘束部材３２と、第１楔部材４１と、第２楔部材４２と、を有している。

複数の二次電池１０は、一方向に並ぶように配置されている。各二次電池１０は、直方体形状に形成されている。複数の二次電池１０は、各二次電池１０の厚さ方向に沿って直線状に並ぶように配置されている。

図２は、第１エンドプレートの近傍を概略的に示す平面図である。第１エンドプレート２１は、前記一方向における複数の二次電池１０の一方側（図２における上側）に配置されている。第１エンドプレート２１は、金属材料（鉄、鋼など）からなる。第１エンドプレート２１は、第１対向面２１ａと、第２対向面２１ｂと、を有している。第１対向面２１ａは、前記一方向と直交する直交方向（図２における左右方向）における一方側（図２における右側）に形成されている。第２対向面２１ｂは、前記直交方向における他方側（図２における左側）に形成されている。第１対向面２１ａおよび第２対向面２１ｂは、前記一方向に二次電池１０から離間するにしたがって互いに近づくように傾斜する形状を有している。

図３は、第２エンドプレートの近傍を概略的に示す平面図である。第２エンドプレート２２は、前記一方向における複数の二次電池１０の他方側（図３における上側）に配置されている。第２エンドプレート２２は、樹脂、鋳鉄、アルミニウムなどの材料（溶接に不向きな材料）で形成されてもよい。この場合、第２エンドプレート２２の製造コストの低減や、軽量化が可能となる。第２エンドプレート２２および第１エンドプレート２１は、インサート成形されてもよい。このようにすれば、第１エンドプレート２１と第２エンドプレート２２との接触が確保されやすい。

図２および図３に示されるように、各二次電池１０間には、樹脂からなるスペーサ１１が配置されてもよい。

第１拘束部材３１は、金属材料（鉄、鋼など）からなる。第１拘束部材３１は、前記直交方向における複数の二次電池１０の一方側（図２における右側）に配置されている。図１に示されるように、第１拘束部材３１は、第１エンドプレート２１から第２エンドプレート２２に至るように延びる形状を有している。第１拘束部材３１は、平板状に形成されている。第１対向面２１ａは、前記直交方向に第１拘束部材３１と対向している。

第２拘束部材３２は、金属材料（鉄、鋼など）からなる。第２拘束部材３２は、前記直交方向における複数の二次電池１０の他方側（図２における左側）に配置されている。図１に示されるように、第２拘束部材３２は、第１エンドプレート２１から第２エンドプレート２２に至るように延びる形状を有している。第２拘束部材３２は、平板状に形成されている。第２対向面２１ｂは、前記直交方向に第２拘束部材３２と対向している。

第１楔部材４１は、第１エンドプレート２１と第１拘束部材３１との間に配置されている。第１楔部材４１は、第１拘束部材３１と同じ材料からなる。第１楔部材４１は、第１対向面２１ａと第１拘束部材３１との隙間を埋める形状を有している。具体的に、第１楔部材４１は、前記一方向に二次電池１０から離間するにしたがって前記直交方向における寸法が次第に大きくなる形状を有している。第１楔部材４１は、第１側面４１ａと、第２側面４１ｂと、第３側面４１ｃと、を有している。

第１側面４１ａは、平坦に形成されている。第１側面４１ａは、第１対向面２１ａと面接触している。

第２側面４１ｂは、平坦に形成されている。第２側面４１ｂは、第１拘束部材３１と面接触している。前記直交方向における第１側面４１ａおよび第２側面４１ｂ間の寸法は、前記一方向に二次電池１０から離間するにしたがって次第に大きくなる。

第３側面４１ｃは、平坦に形成されている。第３側面４１ｃは、前記一方向における一方側（図２における上側）に形成されている。第３側面４１ｃと第１拘束部材３１との境界部は、レーザ溶接、アーク溶接、スポット溶接等により溶接されている。この溶接により、溶接部Ｗが形成されている。

第２楔部材４２は、第１エンドプレート２１と第２拘束部材３２との間に配置されている。第２楔部材４２は、第２拘束部材３２と同じ材料からなる。第２楔部材４２は、第２対向面２１ｂと第２拘束部材３２との隙間を埋める形状を有している。具体的に、第２楔部材４２は、前記一方向に二次電池１０から離間するにしたがって前記直交方向における寸法が次第に大きくなる形状を有している。第２楔部材４２は、第１側面４２ａと、第２側面４２ｂと、第３側面４２ｃと、を有している。

第１側面４２ａは、平坦に形成されている。第１側面４２ａは、第２対向面２１ｂと面接触している。

第２側面４２ｂは、平坦に形成されている。第２側面４２ｂは、第２拘束部材３２と面接触している。前記直交方向における第１側面４２ａおよび第２側面４２ｂ間の寸法は、前記一方向に二次電池１０から離間するにしたがって次第に大きくなる。

第３側面４２ｃは、平坦に形成されている。第３側面４２ｃは、前記一方向における一方側（図２における上側）に形成されている。第３側面４２ｃと第２拘束部材３２との境界部は、レーザ溶接、アーク溶接、スポット溶接等により溶接されている。この溶接により、溶接部Ｗが形成されている。

ここで、各二次電池１０が膨張した場合について説明する。各二次電池１０が膨張すると、各エンドプレート２１，２２には、前記一方向の外向きの力が作用する。以下、図４を参照しながら、第１エンドプレート２１を例にその力について説明する。図４は、第１楔部材を介して第１エンドプレートから第１拘束部材に伝わる力を概略的に示す図である。

各二次電池１０の膨張により第１エンドプレート２１に作用する膨張力Ｆ１は、第１対向面２１ａと第１楔部材４１の第１側面４１ａとの間に生じる摩擦力Ｆ２と、第１対向面２１ａが第１楔部材４１を押圧する押圧力Ｆ３と、に分けられる。この押圧力Ｆ３によって第１拘束部材３１が第１楔部材４１により押圧される。この押圧力Ｆ３は、前記直交方向の外向きに第１拘束部材３１を押圧する押圧力Ｆ４と、前記一方向の外向きに第１拘束部材３１を引っ張る引張り力Ｆ５と、に分けられる。

このように、本実施形態の蓄電モジュール１では、二次電池１０の膨張時に第１楔部材４１が第１拘束部材３１を前記直交方向の外向きに押圧する押圧力Ｆ４が作用するため、第１拘束部材３１のうち第２エンドプレート２２側に位置する端部は、第２エンドプレート２２に向けて押し付けられる。よって、第２エンドプレート２２と第１拘束部材３１との隙間が小さくなる。このことは、第２エンドプレート２２と第２拘束部材３２との隙間についても同様である。

図５は、図４に示される実施形態に対する比較例において、第１エンドプレートから第１拘束部材に伝わる力を概略的に示す図である。図５に示されるように、第１エンドプレート２１が直接第１拘束部材３１に溶接されている場合において、各二次電池１０が膨張すると、第１エンドプレート２１と第１拘束部材３１との溶接部Ｗには、各二次電池１０の膨張により第１エンドプレート２１に作用する膨張力Ｆ１と同じ大きさの力が作用する。このため、第１エンドプレート２１と第１拘束部材３１との溶接部Ｗには、比較的大きな応力が生じる。

一方、本実施形態では、第１楔部材４１と第１拘束部材３１との溶接部Ｗには、前記膨張力Ｆ１よりも小さな引張り力Ｆ５しか作用しないため、第１楔部材４１と第１拘束部材３１との溶接部Ｗに生じる応力が比較例のそれに比べて小さくなる。

次に、図６を参照しながら、蓄電モジュール１の製造方法について説明する。図６は、第１楔部材および第２楔部材を組み付ける工程を概略的に示す図である。

図６に示されるように、複数の二次電池１０、第１エンドプレート２１および第２エンドプレート２２に対して前記一方向の両側から初期荷重を作用させた状態において、第１対向面２１ａに第１側面４１ａが接触し、かつ、第１拘束部材３１の内側面に第２側面４１ｂが接触するように第１楔部材４１を挿入するとともに、第２対向面２１ｂに第１側面４２ａが接触し、かつ、第２拘束部材３２の内側面に第２側面４２ｂが接触するように第２楔部材４２を挿入する。これにより、第１対向面２１ａと第１拘束部材３１との隙間、および、第２対向面２１ｂと第２拘束部材３２との隙間が埋まる。

その後、前記初期荷重を作用させた状態において、第１拘束部材３１の外側から第１拘束部材３１と第１楔部材４１とをレーザ溶接するとともに、第２拘束部材３２の外側から第２拘束部材３２と第２楔部材４２とをレーザ溶接する。これにより、各拘束部材３１，３２に対する第１エンドプレート２１の位置が固定される。なお、第１拘束部材３１と第１楔部材４１とをレーザ溶接する部位は、第１拘束部材３１と第１楔部材４１との接触領域から任意の部位を選択可能であるため、公差が吸収される。このことは、第２拘束部材３２と第２楔部材４２との溶接についても同様である。

以上に説明したように、本実施形態の蓄電モジュール１では、第１楔部材４１が第１エンドプレート２１の第１対向面２１ａと第１拘束部材３１との隙間を埋める形状を有し、第２楔部材４２が第１エンドプレート２１の第２対向面２１ｂと第２拘束部材３２との隙間を埋める形状を有しているため、第１楔部材４１と第１拘束部材３１との境界部を溶接する際に生じるスパッタが第１エンドプレート２１と第１拘束部材３１との隙間を通じて二次電池１０に至ることと、第２楔部材４２と第２拘束部材３２との境界部を溶接する際に生じるスパッタが第１エンドプレート２１と第２拘束部材３２との隙間を通じて二次電池１０に至ることとが抑制される。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、図８に示されるように、第１エンドプレート２１と第１楔部材４１との間、および、第１楔部材４１と第１拘束部材３１との間に、緩衝材５１が設けられてもよい。同様に、第１エンドプレート２１と第２楔部材４２との間、および、第２楔部材４２と第２拘束部材３２との間に、緩衝材５２が設けられてもよい。このようにすれば、第１エンドプレート２１、第１拘束部材３１、第１楔部材４１、第２拘束部材３２、第２楔部材４２等に製造公差が生じた場合においても、第１エンドプレート２１と第１拘束部材３１との隙間、および、第１エンドプレート２１と第２拘束部材３２との隙間が有効に埋められる。

１ 蓄電モジュール、１０ 二次電池、１１ セパレータ、２１ 第１エンドプレート、２１ａ 第１対向面、２１ｂ 第２対向面、２２ 第２エンドプレート、３１ 第１拘束部材、３２ 第２拘束部材、４１ 第１楔部材、４１ａ 第１側面、４１ｂ 第２側面、４１ｃ 第３側面、５１ 緩衝材、５２ 緩衝材。

Claims (1)

1. 一方向に並ぶように配置された複数の二次電池と、
   前記一方向における前記複数の二次電池の一方側に配置された第１エンドプレートと、
   前記一方向における前記複数の二次電池の他方側に配置された第２エンドプレートと、
   金属材料からなり、前記一方向と直交する直交方向における前記複数の二次電池の一方側に配置されているとともに前記第１エンドプレートから前記第２エンドプレートに至るように延びる形状を有する第１拘束部材と、
   金属材料からなり、前記直交方向における前記複数の二次電池の他方側に配置されているとともに前記第１エンドプレートから前記第２エンドプレートに至るように延びる形状を有する第２拘束部材と、
   前記第１エンドプレートと前記第１拘束部材との間に配置された第１楔部材と、
   前記第１エンドプレートと前記第２拘束部材との間に配置された第２楔部材と、を備え、
   前記第１エンドプレートは、
   前記第１拘束部材から離間しかつ前記第１拘束部材と対向する第１対向面と、
   前記第２拘束部材から離間しかつ前記第２拘束部材と対向する第２対向面と、を有し、
   前記第１楔部材は、前記第１対向面と前記第１拘束部材との隙間を埋める形状を有するとともに、前記第１拘束部材と同じ材料からなり、
   前記第２楔部材は、前記第２対向面と前記第２拘束部材との隙間を埋める形状を有するとともに、前記第２拘束部材と同じ材料からなり、
   前記第１楔部材は、
   前記第１対向面と面接触している第１側面と、
   前記第１拘束部材と面接触している第２側面と、
   前記一方向における外側に形成された第３側面と、を有し、
   前記第２楔部材は、
   前記第２対向面と面接触している第１側面と、
   前記第２拘束部材と面接触している第２側面と、
   前記一方向における外側に形成された第３側面と、を有し、
   前記第１楔部材の前記第３側面と前記第１拘束部材との境界部は、溶接されており、
   前記第２楔部材の前記第３側面と前記第２拘束部材との境界部は、溶接されている、蓄電モジュール。

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