JP7419902B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電素子とエンドプレートとサイドプレートとを備える蓄電装置に関する。
従来、蓄電素子とエンドプレートとサイドプレートとを備える蓄電装置が知られている。例えば、特許文献1には、複数のバッテリセル(蓄電素子)と、バッテリセルの配列方向に沿って延長されるサイドプレートと、サイドプレートと接続されるエンドプレートと、を備えるバッテリパック(蓄電装置)が開示されている。
特開2015-56399号公報
上記従来のような構成の蓄電装置では、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続することができない場合がある。つまり、上記従来のような構成の蓄電装置において、エンドプレートは、高強度な部材で形成されるのが好ましいが、エンドプレートを高強度な部材で形成すると、エンドプレートにサイドプレートとの接続部位を形成するのが困難となる場合がある。このような場合、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続することができない。
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、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続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、蓄電素子と、前記蓄電素子を挟む位置に配置される一対のエンドプレートと、前記一対のエンドプレートを繋ぐサイドプレートと、を備え、前記一対のエンドプレートのうちの少なくとも一方のエンドプレートは、第一方向に対向するプレート部と、前記プレート部に取り付けられて前記第一方向と交差する第二方向において前記プレート部を延長する延長部材であって、前記サイドプレートと接続される延長部材と、を有し、前記プレート部は、前記第二方向に突出する突出部を有し、前記延長部材は、前記突出部に取り付けられ、かつ、前記第一方向及び前記第二方向と交差する第三方向において前記突出部と隣り合う位置で、前記サイドプレートと接続される。
これによれば、蓄電装置において、エンドプレートは、第一方向に対向するプレート部を第二方向に延長する延長部材を有し、延長部材は、プレート部の突出部に取り付けられ、かつ、第三方向において突出部と隣り合う位置でサイドプレートと接続される。このように、エンドプレートにおいて、プレート部の突出部に延長部材を取り付け、延長部材にサイドプレートを接続する。これにより、エンドプレートのプレート部を高強度な部材で形成する等によりプレート部にサイドプレートとの接続部位を形成するのが困難な場合でも、延長部材にサイドプレートを接続することで、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続することができる。また、プレート部の突出部に延長部材を取り付けると、エンドプレートの第二方向における長さが長くなるおそれがある。このため、第三方向において突出部と隣り合う位置で、延長部材にサイドプレートを接続し、エンドプレートの第二方向における長さが長くなるのを抑制する。以上のように、エンドプレートの小型化を図りつつ、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続することができる。
また、前記延長部材は、前記サイドプレートと接続される接続部を有し、前記接続部は、前記第二方向において、少なくとも一部が前記突出部と重なる位置に配置されることにしてもよい。
これによれば、エンドプレートにおいて、延長部材のサイドプレートとの接続部は、第二方向において、少なくとも一部がプレート部の突出部と重なる位置に配置される。このように、延長部材のサイドプレートとの接続部を、第二方向において突出部と重なる位置に配置することで、延長部材のサイドプレート側への突出量を少なくすることができる。これにより、延長部材の第二方向における長さを短くすることができるため、エンドプレートの小型化を図りつつ、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続することができる。
また、前記延長部材は、前記サイドプレートと接続される接続部であって、前記第三方向に並んで配置される複数の接続部を有することにしてもよい。
これによれば、エンドプレートの延長部材は、第三方向に並ぶ複数のサイドプレートとの接続部を有している。このように、延長部材が、第三方向に並ぶ複数の接続部によってサイドプレートと接続されることで、延長部材の第二方向における長さが長くなるのを抑制しつつ、延長部材とサイドプレートとをより強固に接続することができる。これにより、エンドプレートの小型化を図りつつ、エンドプレートとサイドプレートとを容易かつ強固に接続することができる。
また、前記突出部は、前記複数の接続部のうちのいずれか2つの接続部の間に配置されることにしてもよい。
これによれば、エンドプレートにおいて、プレート部の突出部は、延長部材が有する複数のサイドプレートとの接続部のうちのいずれか2つの接続部の間に配置される。このように、プレート部の突出部が、延長部材におけるサイドプレートとの2つの接続部の間に配置されることで、2つの接続部の間のスペースを活用して、プレート部に延長部材を取り付けることができる。
また、前記サイドプレートは、前記第二方向において前記突出部に対向して配置される凹部を有し、前記凹部は、前記突出部に沿う形状を有していることにしてもよい。
これによれば、サイドプレートは、エンドプレートのプレート部の突出部に沿う形状の凹部を有しているため、サイドプレートをエンドプレートのプレート部に近付けることができる。これにより、サイドプレートに接続される延長部材の第二方向における長さを短くすることができるため、エンドプレートの小型化を図りつつ、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続することができる。
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、エンドプレート、または、エンドプレートとサイドプレートとの組み合わせ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、エンドプレートとサイドプレートとを容易に接続することができる。
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。 実施の形態に係る蓄電装置をさらに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プレートの構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るサイドプレートの構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るエンドプレートにサイドプレートを接続した場合の構成を示す斜視図及び側面図である。 実施の形態に係るエンドプレートにサイドプレートを接続した場合の構成を示す上面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(その変形例も含む)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、いずれも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、製造工程の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。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つの蓄電素子における一対(正極側及び負極側)の電極端子の並び方向、蓄電素子の容器の短側面の対向方向、または、一対のサイドプレートの並び方向を、X軸方向と定義する。複数の蓄電素子の配列方向、蓄電素子の容器の長側面の対向方向、蓄電素子が有する電極体の極板の積層方向、または、一対のエンドプレートの並び方向を、Y軸方向と定義する。蓄電装置の外装体本体と蓋体との並び方向、蓄電素子の容器本体と蓋部との並び方向、蓄電素子とバスバーとの並び方向、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。また、以下では、X軸方向を第一方向とも呼び、Y軸方向を第二方向とも呼び、Z軸方向を第三方向とも呼ぶ場合がある。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。
(実施の形態)
[1 蓄電装置10の全般的な説明]
まず、本実施の形態における蓄電装置10の全般的な説明を行う。図1は、本実施の形態に係る蓄電装置10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3は、本実施の形態に係る蓄電装置10をさらに分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。なお、図3は、蓄電装置10における外装体100及びバスバー600以外の構成要素を分解して示す分解斜視図である。
蓄電装置10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10は、電力貯蔵用途または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10は、例えば、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、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。上記の自動車としては、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)及びガソリン自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール及びリニアモーターカーが例示される。また、蓄電装置10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に示すように、蓄電装置10は、外装体100を備えている。また、図2及び図3に示すように、外装体100の内方には、複数の蓄電素子200、複数のスペーサ300(301、302)、一対のエンドプレート400(401、402)、一対のサイドプレート500(501、502)、及び、複数のバスバー600等が収容されている。なお、蓄電装置10は、上記の構成要素の他、バスバー600が載置されるバスバーフレーム、蓄電素子200の充電状態及び放電状態を監視するための回路基板、ヒューズ、リレー及びコネクタ等の電気機器、並びに、蓄電素子200から排出されるガスを外装体100の外方へ排気するための排気部等を備えていてもよい。
外装体100は、蓄電装置10の外装体を構成する箱形(略直方体形状)の容器(モジュールケース)である。つまり、外装体100は、複数の蓄電素子200、複数のスペーサ300、一対のエンドプレート400、一対のサイドプレート500、及び、複数のバスバー600等の外方に配置され、これら蓄電素子200等を所定の位置で固定し、衝撃等から保護する。外装体100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、若しくは、それらの複合材料等の絶縁部材、または、絶縁塗装をした金属等により形成されている。外装体100は、これにより、蓄電素子200等が外部の金属部材等に接触することを回避する。なお、蓄電素子200等の電気的絶縁性が保たれる構成であれば、外装体100は、金属等の導電部材で形成されていてもよい。
外装体100は、外装体100の本体を構成する外装体本体110と、外装体100の蓋体を構成する外装体蓋体120と、を有している。外装体本体110は、開口が形成された有底矩形筒状のハウジング(筐体)であり、蓄電素子200等を収容する。外装体蓋体120は、外装体本体110の開口を閉塞する扁平な矩形状の部材である。外装体蓋体120は、外装体本体110と、接着剤、ヒートシールまたは超音波溶着等によって接合される。また、外装体蓋体120には、正極外部端子121と負極外部端子122とが設けられている。蓄電装置10は、この正極外部端子121と負極外部端子122とを介して、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する。
蓄電素子200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等の非水電解質二次電池である。蓄電素子200は、扁平な直方体形状(角形)を有しており、本実施の形態では、4個の蓄電素子200がY軸方向に並んで配列されている。なお、蓄電素子200の大きさ、形状、及び、配列される蓄電素子200の個数は限定されず、例えば1つの蓄電素子200しか配置されていなくてもよい。また、蓄電素子200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200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。また、蓄電素子200は、ラミネート型の蓄電素子であってもよい。
具体的には、蓄電素子200は、容器210と、一対(正極側及び負極側)の電極端子220と、を備えている(図3参照)。また、容器210の内方には、電極体、一対の集電体、及び、電解液(非水電解質)等が収容されており、容器210と電極端子220及び集電体との間にはガスケットが配置されているが、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200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、蓄電素子200は、上記構成の他、集電体の側方等に配置されるスペーサ、及び、容器210の外面を覆う絶縁シート等を備えていてもよい。
容器210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部とを有する直方体形状(角形)の容器であり、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板等の金属等で形成されている。本実施の形態では、容器210は、長側面がY軸方向に向き、短側面がX軸方向に向く姿勢、つまり、一対の長側面がY軸方向で対向し、一対の短側面がX軸方向で対向する姿勢で配置されている。また、容器210のZ軸プラス方向側の面(蓋部)には、容器210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230が設けられている(図3参照)。なお、容器210には、容器210内方に電解液を注液するための注液部が設けられていてもよい。
電極端子220は、容器210のZ軸プラス方向側の面(蓋部)に配置される蓄電素子200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220は、電極体に蓄えられている電気を蓄電素子200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200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220は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等で形成されている。
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。正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属からなる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。負極板は、銅または銅合金等の金属からなる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。正極活物質層及び負極活物質層に用いられる活物質としては、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。本実施の形態では、電極体は、極板(正極板及び負極板)がY軸方向に積層されて形成されている。このため、Y軸方向を、積層方向とも呼ぶ。なお、電極体は、極板(正極板及び負極板)が巻回されて形成された巻回型の電極体、複数の平板状の極板が積層されて形成された積層型(スタック型)の電極体、または、極板を蛇腹状に折り畳んだ蛇腹型の電極体等、どのような形態の電極体でもよい。巻回型の電極体の場合、X軸方向またはZ軸方向に並ぶ半円形状等に湾曲した一対の湾曲部と、当該一対の湾曲部の端部同士を繋ぐ、Y軸方向に並ぶ平坦な一対の平坦部とを有することとなるが、上記の積層方向は、平坦部における極板の積層方向である。また、平坦部の平坦面の向く方向、または、一対の平坦部の対向方向を、上記積層方向と定義することもできる。
集電体は、電極端子220と電極体とに電気的に接続される導電性の部材(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等で形成され、負極集電体は、負極板の負極基材層と同様、銅または銅合金等で形成されている。
スペーサ300(スペーサ301、302)は、蓄電素子200の側方(Y軸プラス方向またはY軸マイナス方向)に配置され、蓄電素子200と他の部材とを電気的に絶縁する矩形状かつ板状の部材である。具体的には、スペーサ301は、隣り合う2つの蓄電素子200の間に配置され、当該2つの蓄電素子200の間を電気的に絶縁する。スペーサ302は、端部の蓄電素子200とエンドプレート400(401、402)との間に配置され、当該端部の蓄電素子200とエンドプレート400(401、402)との間を電気的に絶縁する。また、スペーサ300は、蓄電素子200のX軸方向両側も覆うように配置されて、蓄電素子200とサイドプレート500(501、502)との間も電気的に絶縁する。
本実施の形態では、4つの蓄電素子200に対応して、3つのスペーサ301と2つのスペーサ302とが配置されているが、蓄電素子200の個数が4つ以外の場合には、スペーサ301の個数も蓄電素子200の個数に応じて適宜変更される。スペーサ300は、例えば、上記の外装体100に使用可能ないずれかの電気的絶縁性の樹脂材料等で形成されている。
エンドプレート400及びサイドプレート500は、複数の蓄電素子200の並び方向(Y軸方向)において、蓄電素子200を外方から圧迫(拘束)する拘束部材である。つまり、エンドプレート400及びサイドプレート500は、複数の蓄電素子200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200に含まれるそれぞれの蓄電素子200を当該並び方向の両側から圧迫(拘束)する。
具体的には、エンドプレート400は、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300のY軸方向両側に配置され、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300を、これらの並び方向(Y軸方向)の両側から挟み込んで保持する板状の部材(挟持部材)である。ここで、一対のエンドプレート400のうち、Y軸マイナス方向側のエンドプレート400をエンドプレート401とも呼び、Y軸プラス方向側のエンドプレート400をエンドプレート402とも呼ぶ。つまり、エンドプレート401及びエンドプレート402は、Y軸方向(蓄電素子200が有する電極体の極板の積層方向)において複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300を挟む位置に配置されて、これらを拘束する。エンドプレート400(エンドプレート401、402)の構成の詳細な説明については、後述する。
サイドプレート500は、両端が一対のエンドプレート400に取り付けられて、当該一対のエンドプレート400を繋ぐことで、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300を拘束する平板状の部材(拘束バー)である。つまり、サイドプレート500は、複数の蓄電素子200及び複数のスペーサ300を跨ぐようにY軸方向に延設されて配置され、当該複数の蓄電素子200等に対してこれらの並び方向(Y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200等のX軸方向両側方に、一対のサイドプレート500が配置されている。そして、当該一対のサイドプレート500のそれぞれが、Y軸方向両端部において、一対のエンドプレート400のX軸方向端部に取り付けられている。これにより、一対のサイドプレート500は、当該複数の蓄電素子200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、サイドプレート500は、Z軸方向に並ぶ複数の接続部材500aによって、エンドプレート400に接続(接合)されている(図3、図6参照)。本実施の形態では、接続部材500aは、ナットであり、サイドプレート500を貫通したエンドプレート400のネジ部と螺合されて当該ネジ部に締結される。ここで、一対のサイドプレート500のうち、X軸プラス方向側のサイドプレート500をサイドプレート501とも呼び、X軸マイナス方向側のサイドプレート500をサイドプレート502とも呼ぶ。サイドプレート500(サイドプレート501、502)の構成の詳細な説明については、後述する。
バスバー600は、蓄電素子200に接続される矩形状かつ平板状の部材である。具体的には、バスバー600は、複数の蓄電素子200の上方に配置され、複数の蓄電素子200の電極端子220、正極外部端子121、及び、負極外部端子122に接続(接合)される。つまり、バスバー600は、複数の蓄電素子200の電極端子220同士を接続し、かつ、端部の蓄電素子200の電極端子220と正極外部端子121及び負極外部端子122とを接続する。
本実施の形態では、バスバー600と電極端子220、正極外部端子121、及び、負極外部端子122とは、ボルト締結によって接続(接合)されるが、溶接等によって接続(接合)されてもよい。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、ニッケル等の金属製の導電部材若しくはそれらの組み合わせ、または、金属以外の導電性の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200の正極端子と負極端子とを接続することで、4つの蓄電素子200を直列に接続している。なお、蓄電素子200の接続の態様は上記には限定されず、直列接続及び並列接続がどのように組み合わされていてもよい。
[2 エンドプレート400及びサイドプレート500の説明]
次に、エンドプレート400(エンドプレート401、402)及びサイドプレート500(サイドプレート501、502)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プレート400の構成を示す斜視図である。具体的には、図4の(a)は、図3に示したエンドプレート401が有する各構成要素を分解して示す斜視図であり、図4の(b)は、エンドプレート401が有する各構成要素を取り付けた状態を示す斜視図である。なお、エンドプレート402についても、エンドプレート401と同様の構成を有している。図5は、本実施の形態に係るサイドプレート500の構成を示す斜視図である。具体的には、図5は、図3に示したサイドプレート501の構成を示す斜視図である。なお、サイドプレート502についても、サイドプレート501と同様の構成を有している。
図6は、本実施の形態に係るエンドプレート400にサイドプレート500を接続した場合の構成を示す斜視図及び側面図である。具体的には、図6の(a)は、エンドプレート400及びサイドプレート500を蓄電素子200に組み付けた場合の構成を示す斜視図であり、図6の(b)は、図6の(a)におけるY軸マイナス方向の端部をX軸プラス方向から見た場合の構成を示す側面図である。図7は、本実施の形態に係るエンドプレート400にサイドプレート500を接続した場合の構成を示す上面図である。具体的には、図7の(a)は、図6の(a)の状態をZ軸プラス方向から見た場合の構成を示す側面図であり、図7の(b)は、図7の(a)におけるX軸プラス方向及びY軸マイナス方向の端部をZ軸プラス方向から見た場合の構成を拡大して示す上面図である。
[2.1 エンドプレート400の構成の説明]
まず、主に図4、図6及び図7を用いて、エンドプレート400の構成について詳細に説明する。図4に示すように、エンドプレート400は、エンドプレート本体410と、補強部材420と、延長部材430とを有している。
エンドプレート本体410は、エンドプレート400の本体を構成する、Z軸方向から見てC字状の板状部材である。つまり、エンドプレート本体410は、X軸方向両端部がY軸方向に折れ曲がった形状を有している。エンドプレート本体410は、強度確保の観点等から、例えば、引張強度が980MPa程度のハイテン(High Tensile Strength Steel、高張力鋼板)で形成されている。エンドプレート本体410は、第一プレート部411と、第二プレート部412とを有している。
第一プレート部411は、Y軸方向(第二方向)に対向するXZ平面に平行な平板状かつ矩形状の部位であり、蓄電素子200のY軸方向に配置される。具体的には、第一プレート部411は、蓄電素子200の容器210のY軸方向側の側面(長側面)とでスペーサ302を挟む位置に配置される。
第二プレート部412は、X軸方向(第一方向)に対向するYZ平面に平行な平板状の部位であり、蓄電素子200のX軸方向に配置される。具体的には、第二プレート部412は、蓄電素子200の容器210のX軸方向側の側面(短側面)とでスペーサ302を挟む位置に配置される。つまり、第一プレート部411は、第一プレート部411のX軸方向の端部からY軸方向に突出する突出状の部位であり、本実施の形態では、第一プレート部411のX軸方向の両端部から2つの第二プレート部412がY軸方向に突出して配置されている。なお、図4では、エンドプレート401を図示しているため、第二プレート部412はY軸プラス方向に突出して配置されているが、エンドプレート402においては、第二プレート部412はY軸マイナス方向に突出して配置されている(図3参照)。
また、第二プレート部412は、Y軸方向(第二方向)に突出するエンド突出部412aを有している。図4では、エンドプレート401を図示しているため、第二プレート部412は、Y軸プラス方向に突出するエンド突出部412aを有しているが、エンドプレート402においては、第二プレート部412は、Y軸マイナス方向に突出するエンド突出部412aを有している。本実施の形態では、第二プレート部412は、Z軸方向に並ぶ2つの略三角形状のエンド突出部412aを有している。これにより、第二プレート部412は、Y軸方向の端縁が波形の形状となっている。
補強部材420は、Y軸方向においてエンドプレート本体410の第一プレート部411に重ねられるように第一プレート部411に隣接して配置される、平板状かつ矩形状の部材である。具体的には、補強部材420は、第一プレート部411とほぼ同じ大きさに形成され、第一プレート部411に接続(接合)されて、第一プレート部411を補強する。補強部材420は、強度確保の観点等から、例えば、引張強度が980MPa程度のハイテンで形成されている。なお、補強部材420は、溶接によって第一プレート部411に接続(接合)されているが、接着、ボルト締結、かしめ接合、係合、嵌合等によって第一プレート部411に接続(接合)されていてもよいし、第二プレート部412に接続(接合)されていてもよい。また、補強部材420は、エンドプレート本体410には接続(接合)されていなくてもよい。
延長部材430は、エンドプレート本体410の第二プレート部412に取り付けられて、Y軸方向(第二方向)において第二プレート部412を延長する、エンドプレート本体410とは別体の部材である。具体的には、延長部材430は、X軸方向における第二プレート部412の内側(蓄電素子200側)に配置されて、第二プレート部412に取り付けられる。つまり、延長部材430は、Y軸方向(第二方向)においてエンドプレート本体410(第一プレート部411及び第二プレート部412)並びに補強部材420と重ねられることなく、X軸方向(第一方向)において第二プレート部412に重ねられて取り付けられている。
また、延長部材430は、第二プレート部412よりも剛性及び引張強度のうちの少なくとも一方が低い。ここで、剛性が低いとは、外力に対して弱い状態を言い、例えば、曲げやねじりの力に対して寸法変化が大きい状態であるとして定義できる。つまり、例えば、延長部材430が第二プレート部412よりも剛性が低いとは、延長部材430及び第二プレート部412について同じ大きさの領域の中央部分を同じ力で押したときに、延長部材430の方が寸法変化(撓み量)が大きい場合をいう。または、同じ寸法変化を生じさせるために必要な力が、延長部材430の方が第二プレート部412よりも小さい場合であるとも言える。また、引張強度とは、材料に引張り力が加わったときの材料の強さを表し、引張り試験において、試験片を軸方向に引っ張るとき、試験片が破断するまでに耐えた最大の荷重を試験片の断面積で除した値で定義される。なお、剛性及び引張強度の定義は、上記に限定されることなく、当業者であれば通常解釈できる範囲内の定義であればよい。
本実施の形態では、延長部材430は、例えば、引張強度が590MPa程度のハイテンで形成されている。つまり、延長部材430は、エンドプレート本体410及び補強部材420よりも引張強度が低い部材で形成されている。
ここで、延長部材430は、延長部材本体431と、延長部材接続部432とを有している。延長部材本体431は、延長部材430の本体を構成する、YZ平面に平行な平板状かつ矩形状の部位である。本実施の形態では、図7に示すように、延長部材本体431は、X軸方向(第一方向)において、第二プレート部412よりも厚みが小さく形成されている。また、延長部材本体431は、第二プレート部412の内側(蓄電素子200側)に取り付けられる部位である。具体的には、延長部材本体431は、第二プレート部412のエンド突出部412aの内側に取り付けられる。
さらに具体的には、図4の(b)に示すように、延長部材本体431及びエンド突出部412aが接合されて突出部接合部440が形成されることで、延長部材本体431が第二プレート部412に取り付けられる。第二プレート部412は、Z軸方向に並ぶ2つのエンド突出部412aを有しているため、この2つのエンド突出部412aに対応して、Z軸方向に並ぶ2つの突出部接合部440が形成される。なお、本実施の形態では、延長部材本体431は、溶接によってエンド突出部412aに接続(接合)されて突出部接合部440が形成されているが、ボルト締結、かしめ接合、係合、嵌合、接着等によってエンド突出部412aに接続(接合)されて突出部接合部440が形成される構成でもよい。
延長部材接続部432は、延長部材本体431からサイドプレート500に向けてX軸方向に突出し、サイドプレート500と接続される部位である。具体的には、延長部材430には、Z軸方向(第三方向)に並んで複数(本実施の形態では、3つ)の延長部材接続部432が配置されている。この構成により、延長部材430は、X軸方向(第一方向)において、サイドプレート500と接続される。
例えば、延長部材接続部432は、雄ネジ部が形成されたボルトが延長部材本体431にかしめられて形成されたカシメボルトである。図6に示すように、この延長部材接続部432が、サイドプレート500の後述する貫通孔540に挿入されて上述の接続部材500aの雌ネジ部と螺合されることにより、延長部材430にサイドプレート500が接続される。なお、延長部材430は、ボルト締結ではなく、溶接、かしめ接合、係合、嵌合、接着等によってサイドプレート500が接続(接合)される構成でもよい。
[2.2 サイドプレート500の構成の説明]
次に、主に図5~図7を用いて、サイドプレート500の構成について詳細に説明する。サイドプレート500は、YZ平面に平行な平板状の部材であり、本実施の形態では、図7に示すように、X軸方向(第一方向)において、第二プレート部412及び延長部材本体431よりも厚みが小さく形成されている。サイドプレート500は、強度確保の観点等から、例えば、引張強度が980MPa程度のハイテンで形成されている。なお、サイドプレート500の厚みは特に限定されず、延長部材本体431よりも厚くてもよいし、第二プレート部412よりも厚くてもよい。サイドプレート500の材質についても、特に限定されない。
図5に示すように、サイドプレート500は、サイドプレート本体510と、サイド突出部520と、サイド凹部530と、貫通孔540とを有している。サイドプレート本体510は、サイドプレート500の本体を構成するYZ平面に平行な平板状の部材であり、サイド突出部520は、サイドプレート本体510からY軸方向に突出する突出状の部位である。本実施の形態では、サイドプレート本体510のY軸方向両端部のそれぞれにおいて、Z軸方向に並ぶ3つのサイド突出部520が配置されている。
また、3つのサイド突出部520のうちの隣り合う2つのサイド突出部520の間に、Y軸方向に凹んだサイド凹部530が配置されている。つまり、サイドプレート本体510のY軸方向両端部のそれぞれにおいて、Z軸方向に並ぶ2つのサイド凹部530が、3つのサイド突出部520と交互に配置されている。これにより、サイドプレート500は、Y軸方向の両端縁が波形の形状となっている。
貫通孔540は、上述の延長部材接続部432が挿入される、円形状または長円形状の貫通孔である。つまり、サイドプレート本体510のY軸方向両端部のそれぞれにおいて、Z軸方向に並ぶ3つの延長部材接続部432に対応する位置に、3つの貫通孔540が配置されている。なお、貫通孔540の形状は特に限定されず、楕円形状、矩形状、その他の多角形状等でもよい。
[2.3 エンドプレート400及びサイドプレート500の接続構成の説明]
次に、主に図6及び図7を用いて、エンドプレート400及びサイドプレート500の接続構成について詳細に説明する。
図6に示すように、エンドプレート400の第二プレート部412のエンド突出部412aは、延長部材430が有する複数の延長部材接続部432のうちのいずれか2つの延長部材接続部432の間に配置される。つまり、2つのエンド突出部412aが、3つの延長部材接続部432のうちの隣り合う2つの延長部材接続部432の間に、それぞれ配置される。具体的には、延長部材接続部432は、Y軸方向(第二方向)において、少なくとも一部がエンド突出部412aと重なる位置に配置される。本実施の形態では、図6の(b)に示すように、エンド突出部412aと延長部材接続部432とが、Y軸方向(第二方向)において、Aで示す領域で重なって配置されている。
これにより、延長部材430は、Z軸方向(第三方向)において、第二プレート部412のエンド突出部412aと隣り合う位置で、サイドプレート500のサイド突出部520と接続されることとなる。つまり、延長部材430及びエンド突出部412aの接合部である突出部接合部440と、延長部材430及びサイド突出部520の接続部である延長部材接続部432及び接続部材500aとが、Z軸方向において隣り合う位置に配置される。本実施の形態では、突出部接合部440と接続部材500aとは、Y軸方向において重なる位置に配置されている。なお、図6の(b)では、突出部接合部440と延長部材接続部432とは、Y軸方向において重なっていないが、Y軸方向において重なる位置に配置されていてもよい。
また、サイドプレート500のサイド突出部520及びサイド凹部530は、エンドプレート400の第二プレート部412に沿った形状を有している。つまり、サイド凹部530は、第二プレート部412のエンド突出部412aに沿う形状を有しており、エンドプレート400とサイドプレート500とが接続された状態において、Y軸方向(第二方向)においてエンド突出部412aに対向して配置される。これにより、サイドプレート500は、X軸方向(第一方向)において、第二プレート部412と重ねられることなく、延長部材430と接続されることとなる。
また、図7の(b)に示すように、Y軸方向において、延長部材430の延長部材本体431は、スペーサ301と並んで配置されている。つまり、エンドプレート400において、延長部材430は、第二プレート部412をY軸方向に延長するが、スペーサ301の手前までしか延長せず、スペーサ301と干渉しない構成となっている。また、エンドプレート400の第二プレート部412(エンド突出部412a)及びサイドプレート500のサイド突出部520は、延長部材本体431の同じ側に配置されている。本実施の形態では、第二プレート部412及びサイド突出部520は、延長部材本体431のX軸方向における外側(蓄電素子200と反対側、図7の(b)ではX軸プラス方向側)に配置されている。これにより、サイド突出部520は、X軸方向における当該外側の面が、第二プレート部412のX軸方向における当該外側の面よりも内側(蓄電素子200側)に配置されている。
[3 効果の説明]
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電装置10によれば、エンドプレート400は、第一方向(X軸方向)に対向する第二プレート部412を第二方向(Y軸方向)に延長する延長部材430を有している。そして、延長部材430は、第二プレート部412のエンド突出部412aに取り付けられ、かつ、第三方向(Z軸方向)においてエンド突出部412aと隣り合う位置でサイドプレート500と接続される。
ここで、エンドプレート400に延長部材430を設けない場合、エンドプレート400を高強度な部材で形成すると、サイドプレート500との接続部位にカシメボルト等を形成するのが困難となる。カシメボルトの強度が弱いため、高強度なエンドプレート400にカシメボルトを取り付ける際に、カシメボルトが変形等損傷してしまい、エンドプレート400にカシメボルトを取り付けるのが困難となるからである。このため、エンドプレート400において、延長部材430に延長部材接続部432(カシメボルト)を形成し、第二プレート部412のエンド突出部412aに延長部材430を取り付け、延長部材430の延長部材接続部432にサイドプレート500を接続する。これにより、第二プレート部412を高強度な部材で形成することにより第二プレート部412にサイドプレート500との接続部位を形成するのが困難な場合でも、延長部材430にサイドプレート500を接続することで、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、第二プレート部412のエンド突出部412aに延長部材430を取り付けると、エンドプレート400の第二方向における長さが長くなるおそれがある。このため、第三方向においてエンド突出部412aと隣り合う位置で、延長部材430にサイドプレート500を接続し、エンドプレート400の第二方向における長さが長くなるのを抑制する。これにより、エンドプレート400の小型化を図ることができるため、高強度(高価)な部材であるエンドプレート400の材料使用量を低減したり、エンドプレート400が他の部材(本実施の形態では、スペーサ301)と干渉したりするのを抑制することができる。以上のように、エンドプレート400の小型化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、エンドプレート400において、延長部材430のサイドプレート500との接続部である延長部材接続部432は、第二方向において、少なくとも一部が第二プレート部412のエンド突出部412aと重なる位置に配置される。このように、延長部材接続部432を、第二方向においてエンド突出部412aと重なる位置に配置することで、延長部材430のサイドプレート500側への突出量を少なくすることができる。これにより、延長部材430の第二方向における長さを短くすることができるため、エンドプレート400の小型化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、エンドプレート400の延長部材430は、第三方向に並ぶ複数のサイドプレート500との接続部である延長部材接続部432を有している。このように、延長部材430が、第三方向に並ぶ複数の延長部材接続部432によってサイドプレート500と接続されることで、延長部材430の第二方向における長さが長くなるのを抑制しつつ、延長部材430とサイドプレート500とをより強固に接続することができる。これにより、エンドプレート400の小型化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易かつ強固に接続することができる。
また、エンドプレート400において、第二プレート部412のエンド突出部412aは、延長部材430が有する複数の延長部材接続部432のうちのいずれか2つの延長部材接続部432の間に配置される。このように、第二プレート部412のエンド突出部412aが、延長部材430における2つの延長部材接続部432の間に配置されることで、2つの延長部材接続部432の間のスペースを活用して、第二プレート部412に延長部材430を取り付けることができる。
また、サイドプレート500は、エンドプレート400の第二プレート部412のエンド突出部412aに沿う形状のサイド凹部530を有しているため、サイドプレート500をエンドプレート400の第二プレート部412に近付けることができる。これにより、サイドプレート500に接続される延長部材430の第二方向における長さを短くすることができるため、エンドプレート400の小型化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、延長部材430は、第一方向においてサイドプレート500と接続されている。ここで、エンドプレート400の第二プレート部412にサイドプレート500との接続部位を形成する場合、第二プレート部412を比較的強度の低い部材で形成してサイドプレート500との接続部位を形成することとなる。しかし、第二プレート部412を比較的強度の低い部材で形成すると、第二プレート部412の強度を確保するために、第二プレート部412の厚みを大きくすることが必要になる。このため、エンドプレート400において、第二プレート部412ではなく延長部材430にサイドプレート500を接続する。これにより、第二プレート部412を高強度な部材で形成することができるため、第二プレート部412の強度を確保するために第二プレート部412の厚みを大きくする必要がない。したがって、蓄電装置10において、第二プレート部412の厚み方向(第一方向)における幅を小さく形成できるため、省スペース化を図ることができる。このように、蓄電装置10において、省スペース化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、サイドプレート500は、第一方向においてエンドプレート400の第二プレート部412と重ねられることなく、延長部材430と接続される。このように、サイドプレート500が、第一方向において第二プレート部412と重ならないため、サイドプレート500が第二プレート部412と重なることにより蓄電装置10の第一方向における幅が大きくなるのを抑制することができる。これにより、蓄電装置10において、省スペース化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、エンドプレート400において、延長部材430は、第二プレート部412よりも第一方向における厚みが小さく形成されている。このように、延長部材430が、第二プレート部412よりも第一方向における厚みが小さいため、エンドプレート400の厚みが小さい箇所でサイドプレート500を接続することができる。これにより、蓄電装置10において、第一方向における幅を小さく形成できるため、省スペース化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、エンドプレート400において、延長部材430は、第二プレート部412よりも剛性及び引張強度のうちの少なくとも一方が低く形成されている。このように、延長部材430が、第二プレート部412よりも剛性及び引張強度のうちの少なくとも一方が低いため、第二プレート部412よりも、サイドプレート500と接続する部位を容易に形成することができる。また、延長部材430は、第二プレート部412よりも低強度で形成してもよいため、第二プレート部412よりも第一方向における厚みを小さく形成できる。これにより、エンドプレート400の厚みが小さい箇所でサイドプレート500を接続することができるため、蓄電装置10において、第一方向における幅を小さく形成できる。したがって、蓄電装置10において、省スペース化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
また、延長部材430は、第二プレート部412(エンド突出部412a)の内側で第二プレート部412に取り付けられているため、サイドプレート500(サイド突出部520)が延長部材430に取り付けられても、サイドプレート500が外側に突出するのを抑制することができる。また、第二プレート部412及びサイド突出部520は、延長部材本体431の同じ側に配置されているため、延長部材430が平板状の部材でも、延長部材430、第二プレート部412及びサイド突出部520の合計の厚みが厚くなるのを抑制することができる。また、サイド突出部520は、外側の面が、第二プレート部412の外側の面よりも内側に配置されているため、サイドプレート500が外側に突出するのを抑制することができている。
また、エンドプレート400において、延長部材430は、第二方向において第二プレート部412と重ねられることなく、第二プレート部412に取り付けられる。このように、延長部材430が第二方向において第二プレート部412と重ねられないため、蓄電装置10において、第二方向における長さを小さく形成できる。これにより、蓄電装置10において、省スペース化を図りつつ、エンドプレート400とサイドプレート500とを容易に接続することができる。
[4 変形例の説明]
以上、本実施の形態に係る蓄電装置10について説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。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、エンドプレート本体410及び補強部材420は、引張強度が980MPa程度のハイテンで形成され、延長部材430は、引張強度が590MPa程度のハイテンで形成されていることとした。しかし、エンドプレート本体410及び延長部材430は、延長部材430がエンドプレート本体410よりも剛性及び引張強度のうちの少なくとも一方が低ければ、ハイテンで形成されていなくてもよい。例えば、エンドプレート本体410及び延長部材430は、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てもよいし、絶縁処理が施されていてもよいし、強度の高い電気的絶縁性の部材で形成されていてもよい。また、延長部材430は、材質ではなく、厚みや形状等によって、エンドプレート本体410よりも剛性及び引張強度のうちの少なくとも一方が低いように形成してもよい。または、延長部材430は、エンドプレート本体410よりも剛性及び引張強度がともに高い材質で形成されていてもよい。また、補強部材420についても、どのような材質の部材で形成されていてもよい。
また、上記実施の形態では、エンドプレート400の延長部材430は、第一方向(X軸方向)における第二プレート部412の内側(蓄電素子200側)に配置されて、第二プレート部412に取り付けられていることとした。しかし、延長部材430は、第二プレート部412の外側(蓄電素子200とは反対側)に配置されて第二プレート部412に取り付けられていてもよい。
また、上記実施の形態では、エンドプレート400の延長部材430は、第一方向(X軸方向)において、サイドプレート500と接続されることとした。しかし、延長部材430は、第二方向(Y軸方向)においてサイドプレート500と並んで配置され、第二方向においてサイドプレート500と接続されることにしてもよい。
また、上記実施の形態では、エンドプレート400は、Z軸方向から見てC字状の部材であり、サイドプレート500は平板状の部材であることとした。しかし、サイドプレート500がZ軸方向から見てC字状の部材であり、エンドプレート400は平板状の部材であることにしてもよい。つまり、エンドプレート400の第二プレート部412及び延長部材430は、Y軸方向に対向して配置され、また、延長部材430は、第二プレート部412をX軸方向に延長し、かつ、Y軸方向においてサイドプレート500と接続されることにしてもよい。この場合、Y軸方向が第一方向となり、X軸方向が第二方向となる。
また、上記実施の形態では、サイドプレート500は、第一方向において第二プレート部412と重ねられることなく、延長部材430と接続されることとした。しかし、サイドプレート500は、第一方向において第二プレート部412と重ねられて、延長部材430と接続されてもよい。
また、上記実施の形態では、延長部材430の延長部材本体431は、第一方向において、第二プレート部412よりも厚みが小さいこととしたが、第二プレート部412よりも厚みが大きくてもよい。
また、上記実施の形態では、延長部材430は、第二方向においてエンドプレート本体410及び補強部材420と重ねられることなく、第二プレート部412に取り付けられていることとした。しかし、延長部材430は、第一方向に折り曲げられることで、第二方向においてエンドプレート本体410及び補強部材420と重ねられて配置されることにしてもよい。
また、上記実施の形態では、延長部材430の延長部材接続部432は、第二方向において、少なくとも一部がエンド突出部412aと重なる位置に配置されることとしたが、エンド突出部412aと重ならなくてもよい。
また、上記実施の形態では、延長部材430は、第三方向に並ぶ3つの延長部材接続部432を有していることとしたが、延長部材接続部432の個数は特に限定されない。エンドプレート400のエンド突出部412a及び突出部接合部440、並びに、サイドプレート500のサイド突出部520、サイド凹部530及び貫通孔540等についても同様に、個数は特に限定されない。
また、上記実施の形態では、エンド突出部412aは、複数の延長部材接続部432のうちのいずれか2つの延長部材接続部432の間に配置されることとしたが、当該2つの延長部材接続部432の間に配置されなくてもよい。
また、上記実施の形態では、サイドプレート500のサイド凹部530は、エンド突出部412aに沿う形状を有していることとしたが、エンド突出部412aに沿っていなくてもよい。
また、上記実施の形態では、エンドプレート400は、1つの補強部材420を有していることとした。しかし、エンドプレート400は、2つ以上の補強部材420を有していてもよいし、補強部材420を有していなくてもよい。
また、上記実施の形態では、エンドプレート401及びエンドプレート402の双方が上記の構成を有していることとした。しかし、エンドプレート401及びエンドプレート402のいずれかは上記の構成を有していなくてもよい。つまり、一対のエンドプレート400のうちの少なくとも一方のエンドプレート400が、上記の構成を有していればよい。また、エンドプレート400の第一方向における両端部のいずれかが上記の構成を有していなくてもよい。サイドプレート500についても同様である。
また、上記実施の形態及びその変形例に含まれる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10として実現することができるだけでなく、エンドプレート400、または、エンドプレート400とサイドプレート500との組み合わせ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等の蓄電素子を備えた蓄電装置等に適用できる。
10 蓄電装置
200 蓄電素子
300、301、302 スペーサ
400、401、402 エンドプレート
410 エンドプレート本体
411 第一プレート部
412 第二プレート部
412a エンド突出部
420 補強部材
430 延長部材
431 延長部材本体
432 延長部材接続部
440 突出部接合部
500、501、502 サイドプレート
500a 接続部材
510 サイドプレート本体
520 サイド突出部
530 サイド凹部
540 貫通孔

Claims (5)

  1. 蓄電素子と、
    前記蓄電素子を挟む位置に配置される一対のエンドプレートと、
    前記一対のエンドプレートを繋ぐサイドプレートと、を備え、
    前記一対のエンドプレートのうちの少なくとも一方のエンドプレートは、
    第一方向に対向するプレート部と、
    前記プレート部に取り付けられて前記第一方向と交差する第二方向において前記プレート部を延長する延長部材であって、前記サイドプレートと接続される延長部材と、を有し、
    前記プレート部は、前記第二方向に突出する突出部を有し、
    前記延長部材は、前記突出部に取り付けられ、かつ、前記第一方向及び前記第二方向と交差する第三方向において前記突出部と隣り合う位置で、前記サイドプレートと接続される
    蓄電装置。
  2. 前記延長部材は、前記サイドプレートと接続される接続部を有し、
    前記接続部は、前記第二方向において、少なくとも一部が前記突出部と重なる位置に配置される
    請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記延長部材は、前記サイドプレートと接続される接続部であって、前記第三方向に並んで配置される複数の接続部を有する
    請求項1または2に記載の蓄電装置。
  4. 前記突出部は、前記複数の接続部のうちのいずれか2つの接続部の間に配置される
    請求項3に記載の蓄電装置。
  5. 前記サイドプレートは、前記第二方向において前記突出部に対向して配置される凹部を有し、
    前記凹部は、前記突出部に沿う形状を有している
    請求項1~4のいずれか1項に記載の蓄電装置。
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