JP7342461B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電素子を有する蓄電ユニットを複数備える蓄電装置に関する。
従来、蓄電素子を有する蓄電ユニットを複数備える蓄電装置が広く知られている。例えば、特許文献1には、電池セル(蓄電素子)を含むバッテリ・モジュール(蓄電ユニット)を複数備え、当該複数のバッテリ・モジュールが隣接して配置されて互いに固定された構成のバッテリ・パック(蓄電装置)が開示されている。
特開2011-108652号公報
上記従来の構成のように、蓄電装置が複数の蓄電ユニットを備えている場合、当該複数の蓄電ユニットを隣接して配置する際に、蓄電ユニットの損傷を抑制することが望まれる。
本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、複数の蓄電ユニットを備える構成において、蓄電ユニットの損傷を抑制することができる蓄電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電装置は、第一蓄電素子を有する第一蓄電ユニットと、第二蓄電素子を有し前記第一蓄電ユニットに載置される第二蓄電ユニットと、を備える蓄電装置であって、前記第一蓄電ユニットは、第一方向において前記第一蓄電素子を挟む位置に配置されて前記第一蓄電素子を拘束する第一エンド部材及び第二エンド部材を有し、前記第一エンド部材は、前記第一方向において前記第一蓄電素子に対向する第一壁部と、前記第一壁部から前記第一方向に突出して配置される補強部であって、前記第二蓄電ユニットが載置される載置面を下方から支持する補強部と、を有する。
これによれば、蓄電装置において、第一蓄電ユニットが有する第一エンド部材は、第一方向において第一蓄電素子に対向する第一壁部から第一方向に突出し、第二蓄電ユニットが載置される載置面を下方から支持する補強部を有している。このように、第一エンド部材において、補強部は、第一壁部から突出した状態で、第二蓄電ユニットが載置される載置面を下方から支持するため、第一壁部を補強した状態で載置面を支持する構成である。これにより、第二蓄電ユニットが重量物であっても、第一エンド部材が変形等損傷するのを抑制することができるため、第一蓄電ユニットの損傷を抑制することができる。
また、前記補強部は、前記第一方向と交差する第二方向に延びる第二壁部を有することにしてもよい。
これによれば、第一エンド部材において、補強部は、第二方向に延びる第二壁部を有しているため、材料使用量の低減及び軽量化を図りつつ、簡易な構成で載置面を支持することができる。
また、前記補強部は、さらに、前記第一方向及び前記第二方向と交差する第三方向に延びる第三壁部を有することにしてもよい。
これによれば、第一エンド部材において、補強部は、第三方向に延びる第三壁部も有しているため、補強部の強度を向上させることができ、強固に載置面を支持することができる。これにより、第一エンド部材が変形等損傷するのをより抑制することができるため、第一蓄電ユニットの損傷をより抑制することができる。
また、前記第一エンド部材は、さらに、前記載置面に配置され、前記第二蓄電ユニットと凹凸嵌合構造で接続される接続部を有することにしてもよい。
これによれば、第一蓄電ユニットが有する第一エンド部材は、第二蓄電ユニットが載置される載置面に、第二蓄電ユニットと凹凸嵌合構造で接続される接続部を有している。このように、第一蓄電ユニットにおいて、第一エンド部材が、第二蓄電ユニットとの接続部を有していることで、第一エンド部材に対して第二蓄電ユニットの位置がずれるのを抑制することができる。これにより、第一エンド部材にかかる重量のバランスがずれるのを抑制することができるため、第一エンド部材が変形等損傷するのを抑制することができ、第一蓄電ユニットの損傷を抑制することができる。
また、前記接続部は、前記載置面から突出する突出部であることにしてもよい。
これによれば、第一蓄電ユニットにおいて、第一エンド部材の接続部は、第二蓄電ユニットが載置される載置面から突出する突出部である。このように、第一エンド部材が有する載置面に突出部を形成することで、簡易な構成で、第一エンド部材に第二蓄電ユニットを容易に接続することができる。
また、本発明の他の一態様に係る蓄電装置は、第一蓄電素子を有する第一蓄電ユニットと、第二蓄電素子を有し前記第一蓄電ユニットに載置される第二蓄電ユニットと、を備える蓄電装置であって、前記第一蓄電ユニットは、第一方向において前記第一蓄電素子を挟む位置に配置されて前記第一蓄電素子を拘束する第一エンド部材及び第二エンド部材を有し、前記第一エンド部材は、前記第一方向と交差する第三方向の両端部に、前記第二蓄電ユニットが載置される第一載置面及び第二載置面を有し、前記第一載置面は、前記第二載置面よりも面積が大きい。
これによれば、蓄電装置において、第一蓄電ユニットが有する第一エンド部材は、両端部に第二蓄電ユニットが載置される第一載置面及び第二載置面を有しており、第一載置面は、第二載置面よりも面積が大きい。このように、第一蓄電ユニットに第二蓄電ユニット等を載置する構成において、第一エンド部材の両端部の第一載置面及び第二載置面を、第一載置面が第二載置面よりも面積が大きいように形成する。これにより、第二蓄電ユニット等の第一蓄電ユニットに載置される部材の重量が均一でない場合に、当該第二蓄電ユニット等の重量が大きい部位が面積の大きい第一載置面側に載置されるようにすることで、重量のバランスを均一化することができる。したがって、第一エンド部材が変形等損傷するのを抑制することができるため、第一蓄電ユニットの損傷を抑制することができる。
また、前記第一エンド部材は、前記第一載置面と前記第二載置面との間に、前記第二蓄電ユニットと着脱自在に接続される接続部を有することにしてもよい。
これによれば、第一蓄電ユニットにおいて、第一エンド部材が、第一載置面と第二載置面との間に第二蓄電ユニットとの接続部を有していることで、第一エンド部材に対して第二蓄電ユニットの位置がずれるのを抑制することができる。これにより、第一エンド部材にかかる重量のバランスがずれるのを抑制することができるため、第一エンド部材が変形等損傷するのを抑制することができ、第一蓄電ユニットの損傷を抑制することができる。
また、さらに、前記第一蓄電ユニットに接続される電線を備え、前記第一エンド部材は、前記第二載置面から凹んだ凹部を有し、前記電線は、前記凹部内に配置されることにしてもよい。
これによれば、第一蓄電ユニットにおいて、第一エンド部材は、第二載置面から凹んだ凹部を有しており、電線が当該凹部内に配置される。つまり、第二載置面は第一載置面よりも面積が小さいため、第二載置面側に比較的大きな凹部を形成することができる。このため、当該凹部内に、第一蓄電ユニットに接続される電線(電源線、通信線等)を配置することで、電線の位置規制や省スペース化を図ることができる。
また、前記第二エンド部材は、前記第三方向の両端部に、前記第二蓄電ユニットが載置される第三載置面及び第四載置面を有し、前記第三載置面及び前記第四載置面は、それぞれ、前記第一載置面及び前記第二載置面と前記第一方向において対向する位置に配置され、前記第三載置面は、前記第四載置面よりも面積が小さいことにしてもよい。
これによれば、第一蓄電ユニットにおいて、第二エンド部材は、第二蓄電ユニットが載置される第三載置面及び第四載置面を、第一載置面及び第二載置面と対向する位置に有しており、第三載置面は第四載置面よりも面積が小さい。このように、第一エンド部材の第一載置面及び第二載置面と対向する位置に、第二エンド部材の第三載置面及び第四載置面を配置し、第三載置面が第四載置面よりも面積が小さいように形成する。つまり、面積が大きい第一載置面と第四載置面とが対角線上の位置に配置され、面積が小さい第二載置面と第三載置面とが対角線上の位置に配置される。これにより、第一蓄電ユニットにかかる重量のバランスを均一化することができるため、第一エンド部材及び第二エンド部材が変形等損傷するのを抑制することができ、第一蓄電ユニットの損傷を抑制することができる。
また、前記第二蓄電ユニットは、前記第一方向において前記第二蓄電素子を挟む位置に配置されて前記第二蓄電素子を拘束するエンド部材であって、前記第一エンド部材に載置される第三エンド部材を有し、前記第三エンド部材は、前記第一載置面及び前記第二載置面のそれぞれと対向する位置に、他の部材が載置される第五載置面及び第六載置面を有し、前記第五載置面は、前記第六載置面よりも面積が大きいことにしてもよい。
これによれば、第二蓄電ユニットは、第一エンド部材に載置される第三エンド部材を有し、第三エンド部材は、第一載置面及び第二載置面のそれぞれと対向する第五載置面及び第六載置面を有し、第五載置面は、第六載置面よりも面積が大きい。このように、第二蓄電ユニットの第三エンド部材において、第一載置面に対向する第五載置面を、第二載置面に対向する第六載置面よりも面積が大きいように形成する。これにより、第二蓄電ユニットにおいても、重量のバランスを均一化することができるため、第三エンド部材が変形等損傷するのを抑制することができ、第二蓄電ユニットの損傷を抑制することができる。
なお、本発明は、このような蓄電装置として実現することができるだけでなく、蓄電装置が備える蓄電ユニット(第一蓄電ユニット、第二蓄電ユニット等)、または、蓄電ユニットが備えるエンド部材(第一エンド部材、第二エンド部材、第三エンド部材等)としても実現することができる。
本発明における蓄電装置によれば、複数の蓄電ユニットを備える構成において、蓄電ユニットの損傷を抑制することができる。
実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電装置を複数の蓄電ユニットに分解した場合の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る蓄電ユニットを分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。 実施の形態に係るエンド部材(第一エンド部材及び第二エンド部材)の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る2つの蓄電ユニットのエンド部材同士が接続される構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るエンド部材への電線の配線の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るスペーサが他の蓄電ユニットを支持する構成を示す断面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電装置について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、任意の構成要素として説明される。また、各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。
また、以下の説明及び図面中において、1つの蓄電ユニットにおける複数の蓄電素子の並び方向、複数のスペーサの並び方向、一対のエンド部材の並び方向、蓄電素子とスペーサとエンド部材との並び方向、1つの蓄電素子の容器における一対の長側面の対向方向、または、蓄電素子、スペーサ若しくはエンド部材の厚み方向を、X軸方向と定義する。1つの蓄電ユニットにおける一対のサイド部材の並び方向、蓄電素子とサイド部材との並び方向、1つの蓄電素子における一対の電極端子の並び方向、または、1つの蓄電素子の容器における一対の短側面の対向方向を、Y軸方向と定義する。複数の蓄電ユニットの並び方向、蓄電ユニットと電気機器との並び方向、1つの蓄電ユニットにおける蓄電素子とバスバー保持部材とバスバーとの並び方向、1つの蓄電素子の容器における容器本体と蓋との並び方向、または、上下方向を、Z軸方向と定義する。これらX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに交差(本実施の形態では直交)する方向である。なお、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Z軸方向を上下方向として説明する。
また、以下の説明において、例えば、X軸プラス方向とは、X軸の矢印方向を示し、X軸マイナス方向とは、X軸プラス方向とは反対方向を示す。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。さらに、平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、2つの方向が直交している、とは、当該2つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。さらに、以下では、X軸方向を第一方向、Z軸方向を第二方向、Y軸方向を第三方向とも呼ぶ場合がある。
(実施の形態)
[1 蓄電装置1の全般的な説明]
まず、蓄電装置1の構成について、説明する。図1は、本実施の形態に係る蓄電装置1の外観を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る蓄電装置1を複数の蓄電ユニット10に分解した場合の構成を示す分解斜視図である。
蓄電装置1は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置であり、本実施の形態では、略直方体形状を有している。例えば、蓄電装置1は、電力貯蔵用途や電源用途等に使用される電池モジュール(組電池)である。具体的には、蓄電装置1は、例えば、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)若しくはガソリン自動車等の自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電車、モノレール若しくはリニアモーターカー等の電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。また、蓄電装置1は、家庭用または発電機用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。
図1及び図2に示すように、蓄電装置1は、3つの蓄電ユニット10(第一蓄電ユニット11、第二蓄電ユニット12及び第三蓄電ユニット13)と、電気機器20と、を備えている。また、蓄電装置1は、これら蓄電ユニット10等を収容する外装体(モジュールケース)、及び、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する外部端子等も備えているが、これらの図示及び詳細な説明は省略する。
蓄電ユニット10は、蓄電装置1を構成する略直方体形状(箱形)の単位モジュール(組電池)であり、Z軸方向に、3つの蓄電ユニット10である第一蓄電ユニット11、第二蓄電ユニット12及び第三蓄電ユニット13が連結されて配置されている。つまり、第一蓄電ユニット11のZ軸プラス方向側に第二蓄電ユニット12が配置され、第一蓄電ユニット11のZ軸マイナス方向側に第三蓄電ユニット13が配置されている。具体的には、第一蓄電ユニット11は、第二蓄電ユニット12が載置されて第二蓄電ユニット12と接続(連結)され、かつ、第三蓄電ユニット13に載置されて第三蓄電ユニット13と接続(連結)されている。
例えば、これら3つの蓄電ユニット10のうちの隣り合う蓄電ユニット10同士が電気的に接続されることで、3つの蓄電ユニット10が直列接続されている。なお、これら3つの蓄電ユニット10は、並列接続されていてもよいし、その接続形態は特に限定されない。この3つの蓄電ユニット10(第一蓄電ユニット11、第二蓄電ユニット12及び第三蓄電ユニット13)の詳細な構成についての説明は、後述する。
電気機器20は、蓄電ユニット10の状態を監視したり蓄電ユニット10の充放電を制御したりするための電気品であり、第二蓄電ユニット12のZ軸プラス方向側に配置されている。具体的には、電気機器20は、第二蓄電ユニット12に載置されて、第二蓄電ユニット12に接続(固定)されている。
電気機器20は、載置台21と、電気部品22と、基板23と、を有している。載置台21は、電気部品22及び基板23等が載置されて、上面にこれらが固定される板状部材である。載置台21は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄、メッキ鋼板等の金属製の材料、または、樹脂材料等で形成されている。電気部品22は、ブレーカ、リレー、シャント抵抗等の電気部品であり、X軸プラス方向かつY軸マイナス方向側の端部に、大きなサイズ(大きな重量)の電気部品22が配置されている。基板23は、3つの蓄電ユニット10の充電状態及び放電状態等を集中監視するための電子部品等(図示せず)が実装された回路基板である。基板23には、コネクタ24が設けられており、コネクタ24を介して、蓄電ユニット10に接続された電線(電圧計測用の電線、及び、温度計測用の電線等)と接続されている。このように、3つの蓄電ユニット10のそれぞれが基板等の電気機器を個別に有するのではなく、蓄電装置1が1つの電気機器20を有している構成であるので、省スペース化を図ることができている。
[2 蓄電ユニット10の構成の説明]
次に、図3も用いて、蓄電ユニット10の構成について、詳細に説明する。なお、3つの蓄電ユニット10(第一蓄電ユニット11、第二蓄電ユニット12及び第三蓄電ユニット13)は、全て同様の構成を有しているため、以下では、1つの蓄電ユニット10について説明する。図3は、本実施の形態に係る蓄電ユニット10を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
図2及び図3に示すように、蓄電ユニット10は、複数の蓄電素子100と、複数のスペーサ200と、一対のエンド部材300と、一対のサイド部材400と、バスバー保持部材500と、複数のバスバー600と、カバー部材700と、を備えている。
蓄電素子100は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池(単電池)であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。蓄電素子100は、扁平な直方体形状(角形)の形状を有しており、スペーサ200に隣接して配置されている。つまり、複数の蓄電素子100のそれぞれが、複数のスペーサ200のそれぞれと交互に配置され、X軸方向に並べられている。本実施の形態では、20個の蓄電素子100のそれぞれを挟む位置に、21個のスペーサ200がそれぞれ配置されている。
具体的には、蓄電素子100は、容器110と、一対(正極側及び負極側)の電極端子120と、を備えている。また、容器110の内方には、電極体、一対の集電体、一対のガスケット、及び、電解液(非水電解質)等が収容されているが、これらの図示は省略する。なお、当該電解液としては、蓄電素子100の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。また、集電体の側方等にスペーサが配置されていてもよいし、容器110の外面を覆う絶縁シートが配置されていてもよい。
容器110は、開口が形成された容器本体と、容器本体の開口を閉塞する蓋体とを有する直方体形状(角形)の容器である。容器本体は、容器110の本体部を構成する矩形筒状で底を備える部材であり、Y軸方向両側の側面に一対の長側面部を有し、X軸方向両側の側面に一対の短側面部を有し、Z軸マイナス方向側に底面部を有している。蓋体は、容器110の蓋部を構成する矩形状の板状部材であり、容器本体のZ軸プラス方向側に配置されている。蓋体には、容器110内方の圧力が上昇した場合に当該圧力を開放するガス排出弁、及び、容器110内方に電解液を注液するための注液部等も設けられている。このような構成により、容器110は、電極体等を容器本体の内方に収容後、容器本体と蓋体とが溶接等によって接合されることにより、内部が密封される構造となっている。なお、容器110の材質は特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板など溶接可能(接合可能)な金属であるのが好ましい。
なお、蓄電素子100の個数は20個には限定されず、20個以外の複数個であってもよいし、1個であってもよい。また、蓄電素子100の形状は、特に限定されず、直方体形状以外の多角柱形状、円柱形状、楕円柱形状、長円形柱形状等、どのような形状であってもよいし、ラミネート型の蓄電素子とすることもできる。また、蓄電素子100は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。また、蓄電素子100は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。さらに、蓄電素子100は、固体電解質を用いた電池であってもよい。
また、以下では、第一蓄電ユニット11が有する蓄電素子100を第一蓄電素子101(図7参照)とも呼び、第二蓄電ユニット12が有する蓄電素子100を第二蓄電素子102(図7参照)とも呼び、第三蓄電ユニット13が有する蓄電素子100を第三蓄電素子103(図示せず)とも呼ぶ。
電極端子120は、容器110の蓋体に配置される蓄電素子100の端子(正極端子及び負極端子)であり、集電体を介して、電極体の正極板及び負極板に電気的に接続されている。つまり、電極端子120は、電極体に蓄えられている電気を蓄電素子100の外部空間に導出し、また、電極体に電気を蓄えるために蓄電素子100の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子120は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで形成されている。
電極体は、正極板と負極板とセパレータとが積層されて形成された蓄電要素(発電要素)である。電極体が有する正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属からなる長尺帯状の集電箔である正極基材層上に正極活物質層が形成されたものである。また、負極板は、銅または銅合金などの金属からなる長尺帯状の集電箔である負極基材層上に負極活物質層が形成されたものである。また、正極活物質層に用いられる正極活物質、負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能なものであれば、適宜公知の材料を使用できる。また、集電体は、電極端子120と電極体とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材(正極集電体及び負極集電体)である。なお、正極集電体は、正極板の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成され、負極集電体は、負極板の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成されている。ガスケットは、蓋体と電極端子120及び集電体との間に配置され、蓋体と電極端子120及び集電体との間の絶縁性及び気密性を確保するための絶縁部材である。
スペーサ200は、蓄電素子100の側方(X軸プラス方向またはX軸マイナス方向)に配置され、蓄電素子100と他の部材とを絶縁する矩形状かつ板状のスペーサである。具体的には、スペーサ200は、隣り合う2つの蓄電素子100の間、及び、端部の蓄電素子100とエンド部材300との間に配置され、当該2つの蓄電素子100の間、及び、端部の蓄電素子100とエンド部材300との間を絶縁する。なお、本実施の形態では、20個の蓄電素子100に対応して21個のスペーサ200が配置されているが、蓄電素子100の個数が20個以外の場合には、スペーサ200の個数も蓄電素子100の個数に応じて適宜変更される。
スペーサ200は、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE(変性PPEを含む))、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ABS樹脂、または、それらの複合材料等の絶縁性の樹脂材料等で形成されている。
エンド部材300及びサイド部材400は、複数の蓄電素子100の並び方向(X軸方向)において、蓄電素子100を外方から圧迫(拘束)する拘束部材である。つまり、エンド部材300及びサイド部材400は、複数の蓄電素子100を当該並び方向の両側から挟み込むことで、複数の蓄電素子100に含まれるそれぞれの蓄電素子100を当該並び方向の両側から圧迫(拘束)する。
具体的には、エンド部材300は、複数の蓄電素子100のX軸方向両側に配置され、複数の蓄電素子100を、当該複数の蓄電素子100の並び方向(X軸方向)の両側から挟み込んで保持する扁平なブロック状のエンドプレート(挟持部材)である。エンド部材300は、強度確保の観点等から、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄、メッキ鋼板等の金属製の材料で形成されている。なお、エンド部材300の材質は特に限定されず、例えば強度の高い絶縁性の材料で形成されていてもよいし、絶縁処理が施されていたりしていてもよい。また、エンド部材300は、ブロック状のエンドプレートではなく、板状のエンドプレート等であることにしてもよい。
ここで、一対のエンド部材300のうち、X軸プラス方向側のエンド部材300を、第一エンド部材301とも呼び、X軸マイナス方向側のエンド部材300を、第二エンド部材302とも呼ぶ。つまり、第一エンド部材301及び第二エンド部材302は、X軸方向(第一方向)において蓄電素子100を挟む位置に配置されて蓄電素子100を拘束する部材である。これら一対のエンド部材300(第一エンド部材301及び第二エンド部材302)の構成の詳細な説明については、後述する。
サイド部材400は、両端がエンド部材300に取り付けられて、複数の蓄電素子100を拘束する長尺状かつ平板状のサイドプレート(拘束バー)である。つまり、サイド部材400は、複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200を跨ぐようにX軸方向に延設されて配置され、当該複数の蓄電素子100等に対してこれらの並び方向(X軸方向)における拘束力を付与する。本実施の形態では、当該複数の蓄電素子100等のY軸方向両側方に、一対のサイド部材400が配置されている。そして、当該一対のサイド部材400のそれぞれが、X軸方向両端部において、一対のエンド部材300のY軸方向端部に取り付けられている。これにより、一対のサイド部材400は、当該複数の蓄電素子100等をX軸方向の両側及びY軸方向の両側から挟み込んで拘束する。
また、サイド部材400は、Z軸方向に並ぶ複数の接合部材410によって、エンド部材300に接合されている。本実施の形態では、接合部材410は、サイド部材400を貫通してエンド部材300に締結されるボルトである。つまり、エンド部材300には、接合部材410が挿入されるネジ孔が形成されており、当該ネジ孔に接合部材410が螺合することで、サイド部材400がエンド部材300に接合される。また、サイド部材400は、エンド部材300と同様に、強度確保の観点等から、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄、メッキ鋼板等の金属製の材料で形成されているが、例えば強度の高い絶縁性の部材で形成されていてもよいし、絶縁処理が施されていたりしていてもよい。また、サイド部材400は、板状のサイドプレートではなく、ブロック状または棒状の部材等であることにしてもよい。
バスバー保持部材500は、バスバー600を保持し、バスバー600と他の導電部材との絶縁、及び、バスバー600の位置規制を行うことができる矩形状かつ板状の部材(バスバープレート、バスバーフレーム)である。バスバー保持部材500は、例えば、PC、PP、PE等のスペーサ200と同様の絶縁性の樹脂材料等で形成されている。また、バスバー保持部材500のX軸プラス方向側の端部には、後述の電線40が挿通される開口部510が形成されている。開口部510は、バスバー保持部材500のX軸プラス方向側の端部を、Z軸マイナス方向に矩形状に切り欠いた切り欠きである。なお、開口部510の形状は、特に限定されず、どのような形状に切り欠いた切り欠きであってもよいし、切り欠きではなく貫通孔であってもよい。
バスバー600は、複数の蓄電素子100上に配置され、複数の蓄電素子100の電極端子120同士を電気的に接続する導電性の板状部材である。バスバー600は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属製の導電部材で形成されている。本実施の形態では、バスバー600は、隣り合う蓄電素子100の正極端子と負極端子とを順に接続することで、複数の蓄電素子100を直列に接続している。なお、蓄電素子100の接続形態は特に限定されず、いずれかの蓄電素子100が並列接続されていることにしてもよい。また、端部に配置されるバスバー600(図3のバスバー610)には、電線40が接続され、電線40は、上述の開口部510を通って、他の蓄電ユニット10、または、蓄電装置1の外部端子に接続される。この電線40の配線等についての詳細な説明は、後述する。
カバー部材700は、バスバー保持部材500及びバスバー600のZ軸プラス方向側に配置される矩形状かつ板状の部材である。具体的には、カバー部材700は、バスバー600の上方を覆うように配置され、バスバー600と他の導電部材とを絶縁する絶縁カバーである。つまり、カバー部材700は、バスバー保持部材500とでバスバー600を挟み込んで、バスバー600が他の導電部材と接触するのを回避する。カバー部材700は、例えば、PC、PP、PE等のスペーサ200やバスバー保持部材500等と同様の絶縁性の樹脂材料等で形成されている。
[3 エンド部材300の構成の説明]
次に、エンド部材300(第一エンド部材301及び第二エンド部材302)の構成について、詳細に説明する。図4は、本実施の形態に係るエンド部材300(第一エンド部材301及び第二エンド部材302)の構成を示す斜視図である。具体的には、図4の(a)は、図3における第一エンド部材301の構成、または、第二エンド部材302をZ軸まわりに180°回転させた場合の構成を示す斜視図である。図4の(b)は、図4の(a)のエンド部材300を下方(Z軸マイナス方向)から見た場合の構成を示す斜視図である。なお、第一エンド部材301と第二エンド部材302とは、Z軸まわりに180°回転させた場合に同じ構成を有するため、同じ図で示している。
図4に示すように、エンド部材300は、本体部310と、2つの第一接続部320とを有している。また、本体部310には、接続部間凹部330と、第一端部凹部340と、第二端部凹部350とが形成されており、これにより、本体部310は、2つの中央部載置面360と、第一端部載置面370と、第二端部載置面380とを有する構成となっている。また、本体部310には、2つの第二接続部390が形成されている。
本体部310は、エンド部材300の本体を構成する部位であり、本実施の形態では、Y軸方向に長くX軸方向に薄い直方体形状を有している。第一接続部320は、他の蓄電ユニット10が有するエンド部材300と接続される部位である。具体的には、第一接続部320は、中央部載置面360に配置され、他の蓄電ユニット10と凹凸嵌合構造で着脱自在に接続される。本実施の形態では、第一接続部320は、本体部310からZ軸プラス方向に突出する円柱形状を有しており、2つの第一接続部320がY軸方向に並んで配置されている。つまり、第一接続部320は、第一端部載置面370と第二端部載置面380との間に配置されて、中央部載置面360から突出する突出部である。
接続部間凹部330は、2つの第一接続部320の間に配置される凹部である。具体的には、接続部間凹部330は、本体部310のZ軸プラス方向側の端部のY軸方向中央部が、Z軸マイナス方向に向けて矩形状に凹んだ凹部である。つまり、接続部間凹部330は、2つの中央部載置面360の間に配置されて、当該2つの中央部載置面360から凹んだ凹部である。言い換えると、接続部間凹部330は、第一端部載置面370と第二端部載置面380との間における、中央位置に配置される凹部である。
第一端部凹部340は、Y軸マイナス方向側の第一接続部320のY軸マイナス方向側に配置される凹部である。具体的には、第一端部凹部340は、本体部310のZ軸プラス方向側の端部のY軸マイナス方向側の部位が、Z軸マイナス方向に向けて矩形状に凹んだ凹部である。つまり、第一端部凹部340は、中央部載置面360及び第一端部載置面370の間に配置されて、中央部載置面360及び第一端部載置面370から凹んだ凹部である。言い換えると、第一端部凹部340は、第一端部載置面370と第二端部載置面380との間における、第一端部載置面370側に配置される凹部である。
第二端部凹部350は、Y軸プラス方向側の第一接続部320のY軸プラス方向側に配置される凹部である。具体的には、第二端部凹部350は、本体部310のZ軸プラス方向側の端部のY軸プラス方向側の部位が、Z軸マイナス方向に向けて矩形状に凹んだ凹部である。つまり、第二端部凹部350は、中央部載置面360及び第二端部載置面380の間に配置されて、中央部載置面360及び第二端部載置面380から凹んだ凹部である。言い換えると、第二端部凹部350は、第一端部載置面370と第二端部載置面380との間における、第二端部載置面380側に配置される凹部である。
中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380は、本体部310のZ軸プラス方向側の面(上面)であり、他の蓄電ユニット10が載置される平坦な(平面状の)部位である。具体的には、中央部載置面360は、接続部間凹部330のY軸方向両側、つまり、接続部間凹部330と第一端部凹部340及び第二端部凹部350との間に配置され、かつ、第一接続部320が配置される部位である。第一端部載置面370は、第一端部凹部340のY軸マイナス方向側に配置される部位である。第二端部載置面380は、第二端部凹部350のY軸プラス方向側に配置される部位である。つまり、第一端部載置面370及び第二端部載置面380は、Y軸方向(第一方向と交差する第三方向)の両端部に配置される部位である。
ここで、第一端部載置面370は、第二端部載置面380よりも面積が大きく形成されている。本実施の形態では、第一端部載置面370は、第二端部載置面380とX軸方向における幅は同等であるが、第二端部載置面380よりもY軸方向における幅が大きく形成されている。これにより、第二端部凹部350は、第一端部凹部340よりも、Y軸方向における幅が大きく形成されている。
第二接続部390は、他の蓄電ユニット10が有するエンド部材300と接続される部位である。具体的には、第二接続部390は、本体部310のZ軸マイナス方向側の端部に形成された円形状の凹部であり、2つの第二接続部390がY軸方向に並んで配置されている。さらに具体的には、この2つの第二接続部390は、Z軸方向において、第一接続部320と対向する位置に配置されている。これにより、第二接続部390には、他の蓄電ユニット10が有するエンド部材300の第一接続部320が挿入されて、第一接続部320と第二接続部390とが嵌合し、蓄電ユニット10同士が接続される。このようにして、蓄電ユニット10同士が、凹凸嵌合構造で着脱自在に接続される。
また、本体部310は、第一壁部310aと、補強部310bとを有している。第一壁部310aは、図3にも示すように、X軸方向(第一方向)において蓄電素子100に対向する壁部である。つまり、第一壁部310aは、X軸方向において蓄電素子100を挟み込むYZ平面に平行な矩形状かつ平板状の壁部であり、X軸方向においてスペーサ200に対向し、かつ当接して配置される。
補強部310bは、第一壁部310aからX軸方向(第一方向)に突出して配置され、他の蓄電ユニット10が載置される載置面である中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380を下方(Z軸マイナス方向)から支持する部位である。言い換えれば、補強部310bは、第一壁部310aと当該載置面とを繋ぐ部位であり、第一壁部310aからX軸方向に突出することで第一壁部310aを補強して、当該載置面を下方から支持する。ここで、補強部310bは、第二壁部310cと第三壁部310dとを有している。
第二壁部310cは、Z軸方向(第一方向と交差する第二方向)に延びる壁部である。つまり、第二壁部310cは、上記載置面(中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380)のZ軸マイナス方向側において、第一壁部310aからX軸プラス方向に突出し、かつ、Z軸方向に延びる複数の平板状の縦壁である。具体的には、第二壁部310cは、X軸方向において、当該載置面のX軸方向の長さと同じ長さ突出し、Z軸方向において、第一壁部310aの一端(当該載置面の直下)から他端までに亘って、連続的または断続的に延設されている。
第三壁部310dは、Y軸方向(第一方向及び第二方向と交差する第三方向)に延びる壁部である。つまり、第三壁部310dは、上記載置面(中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380)のZ軸マイナス方向側において、第一壁部310aからX軸プラス方向に突出し、かつ、Y軸方向に延びる複数の平板状の横壁である。具体的には、第三壁部310dは、X軸方向において、当該載置面のX軸方向の長さと同じ長さ突出し、Y軸方向において、第一壁部310aの一端から他端までに亘って、連続的または断続的に延設されている。
このような構成により、補強部310bは、X軸方向において上記載置面(中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380)と同じ幅を有し、かつ、縦壁及び横壁を有する格子形状の部位となっている。これにより、補強部310bは、第一壁部310aを補強して、当該載置面を下方から強固に支持する。また、当該載置面は、蓄電素子100よりもZ軸プラス方向に配置される。つまり、本体部310(補強部310b)は、Z軸方向において、蓄電素子100よりも長さが長い(高さが高い)。これにより、当該載置面に他の蓄電ユニット10が載置された場合に、他の蓄電ユニット10の荷重をエンド部材300で受けることで、蓄電素子100に荷重がかかるのを抑制している。
ここで、上述の通り、本実施の形態では、部品を共通化して製造コストの低減等を図るために、第一エンド部材301と第二エンド部材302とは、同じ形状を有している。つまり、第一エンド部材301及び第二エンド部材302は、エンド部材300と同じ形状を有しており、エンド部材300が有する各構成要素を有している。
このため、第一エンド部材301の本体部310、第一接続部320、接続部間凹部330、第一端部凹部340、第二端部凹部350、中央部載置面360、第一端部載置面370、第二端部載置面380及び第二接続部390を、本体部311、第一接続部321、接続部間凹部331、第一端部凹部341、第二端部凹部351、中央部載置面361、第一端部載置面371、第二端部載置面381及び第二接続部391とも呼ぶ。また、第二エンド部材302の本体部310、第一接続部320、接続部間凹部330、第一端部凹部340、第二端部凹部350、中央部載置面360、第一端部載置面370、第二端部載置面380及び第二接続部390を、本体部312、第一接続部322、接続部間凹部332、第一端部凹部342、第二端部凹部352、中央部載置面362、第一端部載置面372、第二端部載置面382及び第二接続部392とも呼ぶ。
つまり、第一エンド部材301の本体部311において、第一壁部310aは、X軸方向において第一蓄電素子101に対向する。また、補強部310bは、第二蓄電ユニット12が載置される載置面である中央部載置面361、第一端部載置面371及び第二端部載置面381を下方から支持する。第二エンド部材302についても同様である。
以上のような構成により、エンド部材300は、第一端部載置面370側の方が第二端部載置面380側よりも重量が重くなる(重量に偏りが生じる)こととなる。また、このような構成のエンド部材300は、例えば、鋳造(ダイカスト)によって作製することができる。
また、蓄電ユニット10を、Z軸方向から見て4区画に分けた場合、X軸プラス方向側かつY軸マイナス方向側の区画に第一エンド部材301の第一端部載置面371が配置され、X軸プラス方向側かつY軸プラス方向側の区画に第一エンド部材301の第二端部載置面381が配置される。さらに、Z軸方向から見て、X軸マイナス方向側かつY軸プラス方向側の区画に第二エンド部材302の第一端部載置面372が配置され、X軸マイナス方向側かつY軸マイナス方向側の区画に第二エンド部材302の第二端部載置面382が配置される。なお、上述の大きなサイズ(大きな重量)の電気部品22は、X軸プラス方向側かつY軸マイナス方向側の区画に配置される。
[4 エンド部材300の接続構成及び電線40の配線の説明]
次に、エンド部材300の接続構成及び電線40の配線について、詳細に説明する。図5は、本実施の形態に係る2つの蓄電ユニット10のエンド部材300同士が接続される構成を示す斜視図である。具体的には、図5は、第一蓄電ユニット11及び第二蓄電ユニット12のエンド部材300同士が接続される構成を示す斜視図である。図6は、本実施の形態に係るエンド部材300(例えば第一エンド部材301)への電線40の配線の構成を示す斜視図である。
図5に示すように、第一蓄電ユニット11のエンド部材300に、第二蓄電ユニット12のエンド部材300が載置されて接続される。なお、以下では、第二蓄電ユニット12が有する第一エンド部材301及び第二エンド部材302を、第三エンド部材303及び第四エンド部材304とも呼ぶ。つまり、第三エンド部材303は、第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301に載置されて接続され、第四エンド部材304は、第一蓄電ユニット11の第二エンド部材302に載置されて接続される。
このように、第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301の補強部310bは、第二蓄電ユニット12の第三エンド部材303が載置される載置面である中央部載置面361、第一端部載置面371及び第二端部載置面381を、下方(Z軸マイナス方向)から支持する。同様に、第一蓄電ユニット11の第二エンド部材302の補強部310b(図示せず)は、第二蓄電ユニット12の第四エンド部材304が載置される載置面である中央部載置面362、第一端部載置面372及び第二端部載置面382を、下方(Z軸マイナス方向)から支持する。
また、第三エンド部材303の第一接続部320、第一端部載置面370、第二端部載置面380及び第二接続部390を、第一接続部323、第一端部載置面373、第二端部載置面383及び第二接続部393とも呼ぶ。また、第四エンド部材304の第一接続部320、第一端部載置面370、第二端部載置面380及び第二接続部390を、第一接続部324、第一端部載置面374、第二端部載置面384及び第二接続部394とも呼ぶ。つまり、第三エンド部材303の第一接続部323、第一端部載置面373、第二端部載置面383及び第二接続部393は、それぞれ、第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301の第一接続部321、第一端部載置面371、第二端部載置面381及び第二接続部391と対向する位置(Z軸方向から見て重なる位置)に配置される。第四エンド部材304についても同様である。
そして、第二蓄電ユニット12の第三エンド部材303の2つの第二接続部393に、第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301の2つの第一接続部321が挿入されて、当該2つの第一接続部321と当該2つの第二接続部393とが嵌合する。これにより、第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301、及び、第二蓄電ユニット12の第三エンド部材303が、凹凸嵌合構造で着脱自在に接続される。また、第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301の中央部載置面361、第一端部載置面371及び第二端部載置面381に、第二蓄電ユニット12の第三エンド部材303が載置される。第一蓄電ユニット11の第二エンド部材302、及び、第二蓄電ユニット12の第四エンド部材304についても同様である。このようにして、第一蓄電ユニット11に第二蓄電ユニット12が載置された状態で、第一蓄電ユニット11及び第二蓄電ユニット12が接続される。第一蓄電ユニット11及び第三蓄電ユニット13についても同様である。
また、図1に示したように、第二蓄電ユニット12の第三エンド部材303の第一端部載置面373及び第二端部載置面383、並びに、第四エンド部材304の第一端部載置面374及び第二端部載置面384には、電気機器20が載置される。ここで、電気機器20は、X軸プラス方向かつY軸マイナス方向側の端部に、大きなサイズ(大きな重量)の電気部品22を有している。つまり、第三エンド部材303において、第一端部載置面373に、第二端部載置面383よりも大きな力がかかる構成となっている。
なお、第一蓄電ユニット11における、第一エンド部材301の第一端部載置面371及び第二端部載置面381は、第一載置面及び第二載置面の一例であり、第二エンド部材302の第二端部載置面382及び第一端部載置面372は、第三載置面及び第四載置面の一例である。つまり、第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301は、Y軸方向(第三方向)の両端部に、第一載置面及び第二載置面を有し、第一載置面は、第二載置面よりも面積が大きい。また、第一蓄電ユニット11の第二エンド部材302は、Y軸方向(第三方向)の両端部に、第三載置面及び第四載置面を有している。第三載置面及び第四載置面は、X軸方向から見て、第一載置面及び第二載置面のそれぞれと重なる位置(Z軸方向において同じ位置、かつ、Y軸方向において少なくとも一部が重複する位置)に配置される。つまり、第三載置面及び第四載置面は、それぞれ、第一載置面及び第二載置面とX軸方向(第一方向)において対向する位置に配置され、第三載置面は、第四載置面よりも面積が小さい。
また、第二蓄電ユニット12における、第三エンド部材303の第一端部載置面373及び第二端部載置面383は、第五載置面及び第六載置面の一例である。第五載置面及び第六載置面は、Z軸方向から見て、第一載置面及び第二載置面のそれぞれと重なる位置(X軸方向及びY軸方向において同じ位置)に配置される。つまり、第三エンド部材303は、Y軸方向(第三方向)の両端部であって、第一載置面及び第二載置面のそれぞれと対向する位置に、他の部材(電気機器20)が載置される第五載置面及び第六載置面を有し、第五載置面は、第六載置面よりも面積が大きい。
また、図6に示すように、蓄電装置1は、電線40(電線40a、40b及び40c)と、電線40に接続されるコネクタ30(コネクタ30a及び30b)と、を備えている。本実施の形態では、電線40は、蓄電装置1が備える蓄電素子100の充放電による電流(主電流)が流れる電源線である。つまり、電線40は、それぞれの蓄電ユニット10が有する蓄電素子100に接続される電源線である。例えば、電線40は、第一蓄電ユニット11が有する第一蓄電素子101に、バスバー610を介して接続されている。具体的には、電線40aは、一の第一蓄電素子101の正極端子に接続され、電線40bは、他の第一蓄電素子101の負極端子に接続されている。
このような構成において、第一蓄電ユニット11の第一蓄電素子101に接続された電線40a、40bは、バスバー保持部材500の開口部510を通り、かつ、第一エンド部材301の第二端部凹部351内に配置されて、コネクタ30aに接続される。そして、コネクタ30bから出た電線40cは、他の蓄電ユニット10や、蓄電装置1の外部端子(図示せず)に接続される。
[5 スペーサ200による支持構成の説明]
次に、スペーサ200が他の蓄電ユニット10を支持する構成について、詳細に説明する。図7は、本実施の形態に係るスペーサ200が他の蓄電ユニット10を支持する構成を示す断面図である。具体的には、図7は、第一蓄電ユニット11のスペーサ200が第二蓄電ユニット12を支持する構成を、X軸プラス方向から見た場合の断面図を示す。なお、図7では、説明の便宜のため、第一蓄電ユニット11及び第二蓄電ユニット12の蓄電素子100、スペーサ200、バスバー保持部材500及びカバー部材700を図示し、その他の構成は省略する。
図7に示すように、蓄電ユニット10において、スペーサ200は、蓄電素子100のY軸方向両側(容器110の両側の短側面)及びZ軸方向両側(容器110の蓋体の上面及び底面)を覆うように配置されている。つまり、スペーサ200は、Z軸方向において、蓄電素子100よりも長さが長く(高さが高く)形成されている。また、スペーサ200のZ軸プラス方向側の内面と、蓄電素子100のZ軸プラス方向側の外面(容器110の蓋体の上面)との間には、空間Sが形成されている。
また、スペーサ200のZ軸プラス方向側にバスバー保持部材500が配置されて、スペーサ200上にバスバー保持部材500が載置されている。さらに、バスバー保持部材500のZ軸プラス方向側にカバー部材700が配置されて、バスバー保持部材500上にカバー部材700が載置されている。そして、Z軸マイナス方向側(下方)の蓄電ユニット10のカバー部材700上に、Z軸プラス方向側(上方)の蓄電ユニット10のスペーサ200が載置されている。
つまり、第一蓄電ユニット11において、スペーサ201は、第一蓄電素子101のY軸方向両側及びZ軸方向両側を覆うように配置され、スペーサ201上にバスバー保持部材501が載置され、バスバー保持部材501上にカバー部材701が載置されている。そして、第一蓄電ユニット11のカバー部材701上に、第二蓄電ユニット12のスペーサ202が載置されている。なお、第一蓄電ユニット11のスペーサ200、バスバー保持部材500及びカバー部材700を、スペーサ201、バスバー保持部材501及びカバー部材701とも呼び、第二蓄電ユニット12のスペーサ200、バスバー保持部材500及びカバー部材700を、スペーサ202、バスバー保持部材502及びカバー部材702とも呼ぶ。
これにより、第一蓄電ユニット11のスペーサ201によって、第二蓄電ユニット12の荷重を受ける構成となっている。また、スペーサ201の上側の内面と第一蓄電素子101の容器110の上面との間には、空間Sが形成されているため、スペーサ201が受けた荷重が第一蓄電素子101にかかりにくいような構成となっている。つまり、第一蓄電ユニット11に第二蓄電ユニット12が載置された際に、第一蓄電ユニット11のエンド部材300(第一エンド部材301及び第二エンド部材302)と複数のスペーサ201とで、第二蓄電ユニット12の荷重を受ける。これにより、第一蓄電素子101に荷重がかかりにくいように構成されている。第三蓄電ユニット13に第一蓄電ユニット11が載置される場合についても同様である。
また、スペーサ200、バスバー保持部材500及びカバー部材700が積層構造を有していることで、バスバー600、電線40等の主回路配線、及び、制御用配線等を配置する空間を確保しやすくなっている。
[6 効果の説明]
以上のように、本実施の形態に係る蓄電装置1によれば、第一蓄電ユニット11が有する第一エンド部材301は、X軸方向(第一方向)において第一蓄電素子101に対向する第一壁部310aからX軸方向に突出する補強部310bを有している。補強部310bは、第二蓄電ユニット12が載置される載置面(中央部載置面361、第一端部載置面371及び第二端部載置面381)を、下方から支持する。このように、第一エンド部材301において、補強部310bは、第一壁部310aから突出した状態で、第二蓄電ユニット12が載置される当該載置面を下方から支持するため、第一壁部310aを補強した状態で当該載置面を支持する構成である。これにより、第二蓄電ユニット12が重量物であっても、第一エンド部材301が変形等損傷するのを抑制することができるため、第一蓄電ユニット11の損傷を抑制することができる。
発明者が上記構成を見出した経緯は、以下の通りである。車両用や産業用電源装置向けの蓄電装置では、複数の蓄電ユニットを組み合わせて蓄電装置が構成されるが、当該蓄電装置においては、省スペース化が求められている。このため、蓄電装置をできるだけコンパクトな構成にしたいとの要望がある。ここで、蓄電ユニットを直積みすることにより、棚板等のスペースをなくすことができる。しかし、蓄電素子は重量物であるため、蓄電素子群となる蓄電ユニットは、さらに重量物となる。このため、蓄電ユニットを直積みするために、強力に蓄電素子群を拘束し、積載に耐えうるエンド部材が必要であり、ダイカスト製のエンド部材を使用するのが好ましい。そして、本願発明者は、ダイカスト製のエンド部材に補強部310bを設けて、補強部310bで、第二蓄電ユニット12が載置される載置面を下方から支持することを考案した。これにより、第一蓄電ユニット11の損傷を抑制することが可能となった。
また、上記構成により、例えばラックに棚板を設けて棚板上に蓄電ユニット10を載置していくような必要がなく、複数の蓄電ユニット10を積み上げることができる。これにより、部品点数低減及び工数低減等による製造コストの低減及び生産性の向上を図ることができる。
また、第一エンド部材301において、補強部310bは、Z軸方向(第二方向)に延びる第二壁部310cを有しているため、材料使用量の低減及び軽量化を図りつつ、簡易な構成で当該載置面を支持することができる。
また、第一エンド部材301において、補強部310bは、Y軸方向(第三方向)に延びる第三壁部310dも有しているため、補強部310bの強度を向上させることができ、強固に当該載置面を支持することができる。これにより、第一エンド部材301が変形等損傷するのをより抑制することができるため、第一蓄電ユニット11の損傷をより抑制することができる。
また、第一蓄電ユニット11が有する第一エンド部材301は、第二蓄電ユニット12が載置される当該載置面に、第二蓄電ユニット12と凹凸嵌合構造で接続される第一接続部321を有している。このように、第一蓄電ユニット11において、第一エンド部材301が、第二蓄電ユニット12との第一接続部321を有していることで、第一エンド部材301に対して第二蓄電ユニット12の位置がずれるのを抑制することができる。これにより、第一エンド部材301にかかる重量のバランスがずれるのを抑制することができるため、第一エンド部材301が変形等損傷するのを抑制することができ、第一蓄電ユニット11の損傷を抑制することができる。
また、第一接続部321は、第二蓄電ユニット12と凹凸嵌合構造で接続されるため、第一蓄電ユニット11に対して第二蓄電ユニット12を容易に着脱することができる。これにより、蓄電装置1の製造時またはメンテナンス時等において、作業性を向上することができる。さらに、エンド部材300は、凸部である第一接続部320と凹部である第二接続部390とを一体的に有しているため、エンド部材300同士の接続のための別部材(別体の接続部材)を設ける必要がなく、部品点数を低減することができる。
また、第一蓄電ユニット11において、第一エンド部材301の第一接続部321は、第二蓄電ユニット12が載置される当該載置面から突出する突出部である。このように、第一エンド部材301が有する当該載置面に突出部を形成することで、簡易な構成で、第一エンド部材301に第二蓄電ユニット12を容易に接続することができる。
また、第一蓄電ユニット11が有する第一エンド部材301は、両端部に第二蓄電ユニット12が載置される第一載置面(第一端部載置面371)及び第二載置面(第二端部載置面381)を有している。そして、第一載置面は、第二載置面よりも面積が大きい。このように、第一蓄電ユニット11に第二蓄電ユニット12等を載置する構成において、第一エンド部材301の両端部の第一載置面及び第二載置面を、第一載置面が第二載置面よりも面積が大きいように形成する。これにより、第二蓄電ユニット12等の第一蓄電ユニット11に載置される部材の重量が均一でない場合に、当該第二蓄電ユニット12等の重量が大きい部位が面積の大きい第一載置面側に載置されるようにすることで、重量のバランスを均一化することができる。したがって、第一エンド部材301が変形等損傷するのを抑制することができるため、第一蓄電ユニット11の損傷を抑制することができる。
また、第一蓄電ユニット11において、第一エンド部材301が、第一載置面と第二載置面との間に第二蓄電ユニット12との第一接続部321を有していることで、第一エンド部材301に対して第二蓄電ユニット12の位置がずれるのを抑制することができる。これにより、第一エンド部材301にかかる重量のバランスがずれるのを抑制することができるため、第一エンド部材301が変形等損傷するのを抑制することができ、第一蓄電ユニット11の損傷を抑制すことができる。また、第一接続部321は、第二蓄電ユニット12と着脱自在に接続されるため、第一蓄電ユニット11に対して第二蓄電ユニット12を容易に着脱することができる。これにより、蓄電装置1の製造時またはメンテナンス時等において、作業性を向上することができる。
また、第一蓄電ユニット11において、第一エンド部材301は、第二載置面から凹んだ第二端部凹部351を有しており、電線40が第二端部凹部351内に配置される。つまり、第二載置面は第一載置面よりも面積が小さいため、第二載置面側に比較的大きな凹部(本実施の形態では、第一載置面側の第一端部凹部341よりも幅が大きな凹部)である第二端部凹部351を形成することができる。このため、第二端部凹部351内に、第一蓄電ユニット11に接続される電線40を配置することで、電線40の位置規制や省スペース化を図ることができる。これにより、幅が大きな第二端部凹部351内の空間を有効利用することができる。つまり、接続部間凹部331、第一端部凹部341及び第二端部凹部351は、第一蓄電ユニット11内部での作業を行なったり、電線を通したりするために使用できるが、特に、第二端部凹部351は、上述の通り大きな凹部となるため、電線40を通すのに好ましい。
また、第一蓄電ユニット11において、第二エンド部材302は、第二蓄電ユニット12が載置される第三載置面(第二端部載置面382)及び第四載置面(第一端部載置面372)を、第一載置面及び第二載置面と対向する位置に有しており、第三載置面は第四載置面よりも面積が小さい。このように、第一エンド部材301の第一載置面及び第二載置面と対向する位置に、第二エンド部材302の第三載置面及び第四載置面を配置し、第三載置面が第四載置面よりも面積が小さいように形成する。つまり、面積が大きい第一載置面と第四載置面とが対角線上の位置に配置され、面積が小さい第二載置面と第三載置面とが対角線上の位置に配置される。これにより、第一蓄電ユニット11にかかる重量のバランスを均一化することができるため、第一エンド部材301及び第二エンド部材302が変形等損傷するのを抑制することができ、第一蓄電ユニット11の損傷を抑制することができる。
また、第二蓄電ユニット12は、第一エンド部材301に載置される第三エンド部材303を有している。そして、第三エンド部材303は、第一載置面及び第二載置面のそれぞれと対向する第五載置面(第一端部載置面373)及び第六載置面(第二端部載置面383)を有し、第五載置面は、第六載置面よりも面積が大きい。このように、第二蓄電ユニット12の第三エンド部材303において、第一載置面に対向する第五載置面を、第二載置面に対向する第六載置面よりも面積が大きいように形成する。これにより、第二蓄電ユニット12においても、重量のバランスを均一化することができるため、第三エンド部材303が変形等損傷するのを抑制することができ、第二蓄電ユニット12の損傷を抑制することができる。
なお、上述した第一蓄電ユニット11の第一エンド部材301についての効果は、第二エンド部材302についても同様に適用することができる。また、第二蓄電ユニット12及び第三蓄電ユニット13についても、同様に適用することができる。
[7 変形例の説明]
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電装置1について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、上記実施の形態では、エンド部材300において、本体部310の補強部310bは、平板状の縦壁である第二壁部310cと、平板状の横壁である第三壁部310dと、を有していることとした。しかし、補強部310bは、第一壁部310aからX軸方向(第一方向)に突出して配置され、他の蓄電ユニット10が載置される載置面(中央部載置面360、第一端部載置面370または第二端部載置面380)を下方から支持する部位であれば、その形状は限定されない。例えば、補強部310bは、第二壁部310cに代えて、棒状、または、直方体形状若しくは三角柱形状等のブロック状等の、平板状(壁状)以外の形状の部位を有していてもよい。第三壁部310dについても同様である。
また、上記実施の形態では、エンド部材300において、本体部310の補強部310bは、他の蓄電ユニット10が載置される載置面である2つの中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380の全てを下方から支持する構成とした。しかし、補強部310bは、2つの中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380のうちの少なくとも1つの載置面を下方から支持する構成であればよい。つまり、補強部310bは、2つの中央部載置面360、第一端部載置面370及び第二端部載置面380のうちの少なくとも1つの載置面の下方に配置されていればよい。
また、上記実施の形態では、エンド部材300において、第一端部載置面370は、第二端部載置面380と比べて、X軸方向における幅は同等であるがY軸方向における幅が大きく形成されることで、面積が大きく形成されていることとした。しかし、第一端部載置面370は、第二端部載置面380よりも、X軸方向の幅も大きく形成されていてもよい。また、第一端部載置面370は、第二端部載置面380よりも、X軸方向の幅が小さくY軸方向における幅が大きい、または、X軸方向の幅が大きくY軸方向における幅が同等若しくは小さいことにより、面積が大きく形成されていることにしてもよい。
また、上記実施の形態では、エンド部材300において、第一端部載置面370と第二端部載置面380との間に、2つの第一接続部320が配置されていることとした。しかし、エンド部材300に設けられる第一接続部320の個数及び配置位置は特に限定されず、また、エンド部材300に第一接続部320が設けられていない構成でもよい。
また、上記実施の形態では、第一接続部320が凸部、かつ、第二接続部390が凹部であり、第一接続部320と第二接続部390とが嵌合して、エンド部材300同士が凹凸嵌合構造で着脱自在に接続されることとした。しかし、第二接続部390は、凹部ではなくて貫通孔であってもよい。また、第一接続部320が凹部、かつ、第二接続部390が凸部であって、凹凸嵌合構造で着脱自在に接続される構成でもよい。また、第一接続部320及び第二接続部390は、凹凸嵌合構造ではなく、係合、または、マジックテープ(登録商標)若しくはベルクロ(登録商標)テープ等と称される着脱自在に接着される面ファスナー構造によって接続される構成でもよい。また、第一接続部320及び第二接続部390は、着脱自在ではなく、ボルト締結、接着剤または両面テープ等による接着、溶接、かしめ接合等によって接続される構成でもよい。
また、上記実施の形態では、エンド部材300において、本体部310に接続部間凹部330、第一端部凹部340及び第二端部凹部350が形成され、第二端部凹部350は、第一端部凹部340よりも、Y軸方向における幅が大きく形成されていることとした。しかし、第二端部凹部350と第一端部凹部340とは、どのような幅であってもよく、また、本体部310には、これらの凹部は形成されていないことにしてもよいし、凹部の代わりに貫通孔が形成されていることにしてもよい。
また、上記実施の形態では、電線40は電源線であることとした。しかし、電線40は、例えば通信線等、電源線以外の電線であってもよい。
また、上記実施の形態では、電気機器20は、X軸プラス方向かつY軸マイナス方向側の端部に、大きなサイズ(大きな重量)の電気部品22を有しており、第三エンド部材303の第一端部載置面373に大きな力がかかることとした。しかし、電気機器20は、X軸マイナス方向かつY軸プラス方向側の端部に、大きなサイズ(大きな重量)の電気部品を有しており、第四エンド部材304の第一端部載置面374に大きな力がかかることにしてもよい。
また、上記実施の形態では、第二蓄電ユニット12に載置される部材として、電気機器20を例示した。しかし、第二蓄電ユニット12には、どのような部材が載置されてもよい。ただし、当該部材は、エンド部材300のうちの面積が大きい載置面側の重量が大きいのが好ましい。
また、上記実施の形態では、第二エンド部材302において、第二端部載置面382は、第一端部載置面372よりも面積が小さいこととした。しかし、第二端部載置面382は、第一端部載置面372と面積が同じ、または、第一端部載置面372よりも面積が大きいことにしてもよい。第二蓄電ユニット12及び第三蓄電ユニット13についても同様である。
また、上記実施の形態では、蓄電装置1は、3つの蓄電ユニット10を備えていることとした。しかし、蓄電装置1が備える蓄電ユニット10の数は特に限定されず、第一蓄電ユニット11及び第二蓄電ユニット12しか配置されていなくてもよいし、4つ以上の蓄電ユニット10が接続されて配置されていてもよい。つまり、第二蓄電ユニット12に、他の蓄電ユニット10が載置されていてもよいし、第三蓄電ユニット13が、他の蓄電ユニット10に載置されていてもよい。また、全ての蓄電ユニット10が同じ形状を有している必要はなく、いずれかの蓄電ユニット10が上記形状を有していなくてもよい。
また、上記実施の形態では、エンド部材300は、ダイカストによって作製されることとした。しかし、エンド部材300は、ダイカストではなく、板金部材に凹凸構造を設けて強度を持たせた部材であり、第一端部載置面370及び第二端部載置面380を有している構成でもよい。
また、上記実施の形態では、第一エンド部材301と第二エンド部材302とは同じ形状を有していることとした。しかし、第一エンド部材301と第二エンド部材302とは、異なる形状を有していることにしてもよい。
また、上記実施の形態において、蓄電ユニット10は、図3に示した構成要素を全て備えている必要はない。例えば、蓄電ユニット10は、スペーサ200、バスバー保持部材500またはカバー部材700を備えていなくてもよい。
また、上記実施の形態及び上記変形例が備える各構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
また、本発明は、このような蓄電装置1として実現することができるだけでなく、蓄電装置1が備える蓄電ユニット10(第一蓄電ユニット11、第二蓄電ユニット12等)、または、蓄電ユニット10が備えるエンド部材300(第一エンド部材301、第二エンド部材302、第三エンド部材303等)としても実現することができる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を有する蓄電ユニットを備えた蓄電装置等に適用できる。
1 蓄電装置
10 蓄電ユニット
11 第一蓄電ユニット
12 第二蓄電ユニット
13 第三蓄電ユニット
20 電気機器
21 載置台
22 電気部品
23 基板
24、30、30a、30b コネクタ
40、40a、40b、40c 電線
100 蓄電素子
101 第一蓄電素子
102 第二蓄電素子
103 第三蓄電素子
110 容器
120 電極端子
200、201、202 スペーサ
300 エンド部材
301 第一エンド部材
302 第二エンド部材
303 第三エンド部材
304 第四エンド部材
310、311、312 本体部
310a 第一壁部
310b 補強部
310c 第二壁部
310d 第三壁部
320、321、322、323、324 第一接続部
330、331、332 接続部間凹部
340、341、342 第一端部凹部
350、351、352 第二端部凹部
360、361、362 中央部載置面
370、371、372、373、374 第一端部載置面
380、381、382、383、384 第二端部載置面
390、391、392、393、394 第二接続部
400 サイド部材
410 接合部材
500、501、502 バスバー保持部材
510 開口部
600、610 バスバー
700、701、702 カバー部材

Claims (14)

  1. 第一蓄電素子を有する第一蓄電ユニットと、第二蓄電素子を有し前記第一蓄電ユニットに載置される第二蓄電ユニットと、を備える蓄電装置であって、
    前記第一蓄電ユニットは、
    第一方向において前記第一蓄電素子を挟む位置に配置されて前記第一蓄電素子を拘束する第一エンド部材及び第二エンド部材を有し、
    前記第一エンド部材は、
    前記第一方向において前記第一蓄電素子に対向する第一壁部と、
    前記第一壁部から前記第一方向における前記第一蓄電素子とは反対側に突出して配置される補強部であって、前記第二蓄電ユニットが載置される載置面の真下に配置されて前記載置面を下方から支持する補強部と、を有する
    蓄電装置。
  2. 前記補強部は、前記第一方向から見て格子状の部位である
    請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記補強部は、前記第一方向と交差する第二方向に延びる第二壁部を有し、
    前記第二壁部は、前記第二方向において前記第一壁部の一端から他端までに亘って連続的または断続的に延設される
    請求項1または2に記載の蓄電装置。
  4. 前記補強部は、さらに、前記第一方向及び前記第二方向と交差する第三方向に延びる第三壁部を有し、
    前記第三壁部は、前記第三方向において前記第一壁部の一端から他端までに亘って連続的または断続的に延設される
    請求項に記載の蓄電装置。
  5. 前記第一エンド部材は、さらに、前記載置面に配置され、前記第二蓄電ユニットと凹凸嵌合構造で接続される接続部を有する
    請求項1~のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  6. 前記接続部は、前記載置面から突出する突出部である
    請求項に記載の蓄電装置。
  7. 第一蓄電素子を有する第一蓄電ユニットと、第二蓄電素子を有し前記第一蓄電ユニットに載置される第二蓄電ユニットと、を備える蓄電装置であって、
    前記第一蓄電ユニットは、
    第一方向において前記第一蓄電素子を挟む位置に配置されて前記第一蓄電素子を拘束する第一エンド部材及び第二エンド部材を有し、
    前記第一エンド部材は、前記第一方向と交差する第三方向の両端部に、前記第二蓄電ユニットが載置される第一載置面及び第二載置面を有し、
    前記蓄電装置は、さらに、前記第一蓄電ユニットに接続される電線を備え、
    前記第一エンド部材は、前記第二載置面から凹んだ凹部を有し、
    前記電線は、前記凹部内に配置される
    蓄電装置。
  8. 前記第一載置面は、前記第二載置面よりも面積が大きい
    請求項7に記載の蓄電装置。
  9. 前記第二エンド部材は、前記第三方向の両端部に、前記第二蓄電ユニットが載置される第三載置面及び第四載置面を有し、
    前記第三載置面及び前記第四載置面は、それぞれ、前記第一載置面及び前記第二載置面と前記第一方向において対向する位置に配置され、
    前記第三載置面は、前記第四載置面よりも面積が小さい
    請求項7または8に記載の蓄電装置。
  10. 前記第二蓄電ユニットは、前記第一方向において前記第二蓄電素子を挟む位置に配置されて前記第二蓄電素子を拘束するエンド部材であって、前記第一エンド部材に載置される第三エンド部材を有し、
    前記第三エンド部材は、前記第一載置面及び前記第二載置面のそれぞれと対向する位置に、他の部材が載置される第五載置面及び第六載置面を有し、
    前記第五載置面は、前記第六載置面よりも面積が大きい
    請求項~9のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  11. 前記第一エンド部材は、前記第一載置面と前記第二載置面との間に、前記第二蓄電ユニットと着脱自在に接続される接続部を有する
    請求項7~10のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  12. 前記第一エンド部材は、前記接続部を一体的に有する
    請求項5、6及び11のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  13. 前記第一蓄電素子は、容器と、前記容器の上面に配置される電極端子と、を有する
    請求項1~12のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  14. 前記第一蓄電ユニットは、前記第一蓄電素子の上方に配置されるカバー部材を備え、
    前記第二蓄電ユニットは、前記第一方向において前記第二蓄電素子と並ぶスペーサを備え、
    前記スペーサは、前記カバー部材上に載置される
    請求項1~13のいずれか1項に記載の蓄電装置。
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