JPWO2020137410A1 - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

蓄電装置(10)は、蓄電素子(100)と、蓄電素子(100)の第一方向側に配置されるスペーサ(例えばエンドスペーサ300)と、蓄電素子(100)に接続されるバスバー(例えばバスバー920)と、を備え、バスバーは、少なくとも一部が、スペーサの内部に配置されている。

Description

本発明は、蓄電素子とバスバーとを備える蓄電装置に関する。
従来、蓄電素子とバスバーとを備える蓄電装置が広く知られている。特許文献1には、電池セル(蓄電素子)とバスバーとを備え、バスバーをバスバーケースで支持する構成の電池パック(蓄電装置)が開示されている。
特開2018−73551号公報
蓄電装置においては、生産性の向上を図る等のために、部品点数をより低減し、簡易な構成とすることが望まれている。
本発明は、簡易な構成の蓄電装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る蓄電装置は、蓄電素子と、第一方向において前記蓄電素子の側方に配置されるスペーサと、前記蓄電素子に接続されるバスバーと、を備え、前記バスバーは、少なくとも一部が、前記スペーサの内部に配置されている。
本発明は、このような蓄電装置として実現できるだけでなく、当該蓄電装置が備えるスペーサ及びバスバーとしても実現できる。
本発明によれば、簡易な構成の蓄電装置を実現できる。
図1は、実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 図2は、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。 図3は、実施の形態に係る蓄電素子の構成を示す斜視図である。 図4は、実施の形態に係るエンドスペーサ及び端子部材の構成を示す斜視図である。 図5は、実施の形態に係るエンドスペーサの端子台及び端子部材の構成を示す斜視図である。 図6は、実施の形態に係る蓄電素子、エンドスペーサ、エンド部材、バスバー及び端子部材の位置関係を示す斜視図である。
蓄電装置においては、生産性の向上を図る等のために、部品点数をより低減し、簡易な構成とすることが望まれている。上記従来の蓄電装置では、バスバーケースを備え、バスバーをバスバーケースで支持する構成であるため、構成が煩雑になっているという問題がある。
本発明の一態様に係る蓄電装置は、蓄電素子と、第一方向において前記蓄電素子の側方に配置されるスペーサと、前記蓄電素子に接続されるバスバーと、を備え、前記バスバーは、少なくとも一部が、前記スペーサの内部に配置されている。
これによれば、蓄電装置において、蓄電素子に接続されるバスバーは、少なくとも一部が、スペーサの内部に配置されている。このように、バスバーの少なくとも一部をスペーサの内部に配置することで、バスバーをスペーサで支持できる。これにより、バスバーを支持するバスバーケース等の別部材を設ける必要がないため、簡易な構成の蓄電装置を実現できる。
前記第一方向に並ぶ複数の蓄電素子を備えてもよく、前記蓄電素子とで前記スペーサを挟む位置、または、前記スペーサとで前記蓄電素子を挟む位置に配置される他の蓄電素子を備えてもよい。
これによれば、蓄電装置は、蓄電素子とでスペーサを挟む、または、スペーサとで蓄電素子を挟む他の蓄電素子を備えている。つまり、当該スペーサは、2つの蓄電素子の間に配置されるスペーサ(中間スペーサ)、または、複数の蓄電素子の側方に配置されるスペーサ(エンドスペーサ)である。このように、バスバーを支持するスペーサとして、中間スペーサまたはエンドスペーサを利用することで、簡易な構成の蓄電装置を実現できる。
前記バスバーは、前記蓄電素子の電極端子と前記蓄電装置の外部端子とを繋ぐバスバーであり、前記バスバーは、前記電極端子と前記外部端子との間の少なくとも一部が、前記スペーサの内部に配置されてもよい。
これによれば、スペーサの内部に配置されるバスバーは、蓄電素子の電極端子と蓄電装置の外部端子とを繋ぐバスバーであり、当該バスバーは、電極端子と外部端子との間の少なくとも一部が、スペーサの内部に配置されている。蓄電素子の電極端子と蓄電装置の外部端子とを繋ぐバスバーにおいては、長さが長くなる傾向にあるため、電極端子と外部端子との間の部分を支持しておくのが好ましい。このため、当該バスバーにおいて、電極端子と外部端子との間の少なくとも一部を、スペーサの内部に配置する。これにより、当該バスバーを容易に支持できるため、簡易な構成の蓄電装置を実現できる。
前記スペーサは、前記蓄電装置の外部端子が配置される端子台を有していてもよい。
これによれば、バスバーを内部に配置するスペーサは、蓄電装置の外部端子が配置される端子台を有している。このように、当該スペーサが外部端子の端子台を有していることで、端子台を別に設けるよりも部品点数を低減できる。これにより、簡易な構成の蓄電装置を実現できる。
前記第一方向において前記蓄電装置の端部に配置されるエンド部材を備え、前記端子台は、前記第一方向と交差する第二方向において前記エンド部材の側方に配置されてもよい。
これによれば、端子台は、蓄電装置の第一方向側の端部に配置されるエンド部材の、第一方向と交差する第二方向側に配置されている。スペーサは、蓄電素子から熱が伝わるのを抑制または絶縁性を確保するために、第二方向の長さは短くしない方が好ましい場合がある。これに対し、エンド部材は、スペーサよりも第二方向の長さを短くできるため、エンド部材の第二方向側の空間を活用して、端子台を配置できる。端子台をエンド部材の第二方向側に配置することで、蓄電装置の第一方向の長さが長くなるのを抑制できる。これにより、簡易な構成で、蓄電装置の省スペース化(エネルギー密度の向上)を図ることができる。
前記外部端子は、前記端子台と一体に形成されてもよい。
これによれば、蓄電装置の外部端子は、スペーサの端子台と一体に形成されている。このように、外部端子をスペーサの端子台と一体形成することで、部品点数を低減できる。これにより、簡易な構成の蓄電装置を実現できる。
前記第一方向に並ぶ複数の蓄電素子を備え、前記スペーサは、前記第一方向において、前記複数の蓄電素子のうち端部に配置された蓄電素子の外側に配置されてもよい。
これによれば、バスバーを内部に配置するスペーサは、第一方向において、端部に配置されるエンドスペーサである。このように、バスバーを支持するスペーサとして、エンドスペーサを利用することで、簡易な構成の蓄電装置を実現することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(及びその変形例)に係る蓄電装置について説明する。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。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。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。
以下の説明及び図面中において、蓄電素子の並び方向、スペーサ(中間スペーサ、エンドスペーサ)の並び方向、エンド部材(エンドプレート)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。蓄電素子の容器本体と蓋との並び方向、または、蓄電素子とバスバーとの並び方向をY軸方向と定義する。1つの蓄電素子における一対の電極端子の並び方向、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、サイド部材(サイドプレート)の並び方向、絶縁プレートの並び方向、サイド部材と絶縁プレートとの並び方向、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。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。以下の説明において、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。以下では、X軸方向(またはX軸プラス方向)を第一方向とも呼び、Y軸プラス方向を第二方向とも呼ぶこととする。
(実施の形態)
[1 蓄電装置10の全般的な説明]
まず、蓄電装置10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。
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。蓄電装置10は、電力貯蔵用途や電源用途など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、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)若しくはプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)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、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若しくはエンジン始動用、家庭用若しくは発電機用に使用される定置用のバッテリ等として用いられる。
図1及び図2に示すように、蓄電装置10は、複数(本実施の形態では16個)の蓄電素子100と、複数(本実施の形態では15個)の中間スペーサ200と、一対のエンドスペーサ300と、一対のエンド部材400と、一対の絶縁プレート600と、一対のサイド部材700と、バスバー800と、を備えている。隣り合う蓄電素子100同士の間には接着層510が配置され、蓄電素子100とエンドスペーサ300との間には接着層520が配置され、蓄電素子100と絶縁プレート600との間には接着層530が配置されている。蓄電装置10は、バスバー800を保持するバスバーフレーム、蓄電素子100の電圧計測用の配線、温度計測用の配線、サーミスタ、蓄電素子100の充電状態または放電状態を監視するための回路基板やリレー等の電気機器等も備えていてもよい。
蓄電素子100は、電気を充電し、また電気を放電できる二次電池(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、長側面がX軸方向に向き、かつ、電極端子がY軸プラス方向に向くように横倒しされた状態で、X軸方向に並べられて配置されている。蓄電素子100は、中間スペーサ200またはエンドスペーサ300に隣接して配置されている。つまり、複数の蓄電素子100のそれぞれは、複数の中間スペーサ200及び一対のエンドスペーサ300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、16個の蓄電素子100のうちの隣り合う蓄電素子100同士の間に15個の中間スペーサ200がそれぞれ配置され、16個の蓄電素子100のうちの端部の蓄電素子100を挟む位置に一対のエンドスペーサ300が配置されている。この蓄電素子100の構成の詳細な説明については、後述する。
蓄電素子100の個数は、特に限定されず、16個以外の複数個であってもよいし、1個であってもよい。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。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。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。蓄電素子100は、固体電解質を用いた電池であってもよい。
中間スペーサ200及びエンドスペーサ300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)に配置されて、蓄電素子100と他の部材とを絶縁するとともに、蓄電素子100が膨れるのを抑制するスペーサである。中間スペーサ200及びエンドスペーサ300は、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、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)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ABS樹脂、及び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。中間スペーサ200及びエンドスペーサ300は、絶縁性を有するものであれば樹脂以外の材料で形成されていてもよく、セラミック、または、マイカ片を集積し結合することで構成されるダンマ材によって形成されたマイカ板等で形成されていてもよい。複数の中間スペーサ200及び一対のエンドスペーサ300の全てが同じ材質の材料で形成されていなくてもよい。
中間スペーサ200は、隣り合う2つの蓄電素子100の間に挟まれて、蓄電素子100のY軸方向中央位置に配置された矩形状かつ平板状のスペーサである。つまり、中間スペーサ200は、一の蓄電素子100と他の蓄電素子100とで挟まれる位置に配置されている。中間スペーサ200のY軸方向両側には、両面テープ等の接着層510が配置されており、接着層510によって、中間スペーサ200のX軸方向両側の蓄電素子100が接着されている。これにより、中間スペーサ200は、当該X軸方向両側の蓄電素子100に挟まれて、当該X軸方向両側の蓄電素子100に対して固定されている。本実施の形態では、16個の蓄電素子100に対応して15個の中間スペーサ200が配置されているが、蓄電素子100の個数が16個以外の場合には、中間スペーサ200の個数も蓄電素子100の個数に応じて変更される。
エンドスペーサ300は、端部の蓄電素子100とエンド部材400との間に挟まれて配置された矩形状かつ板状のスペーサである。つまり、エンドスペーサ300は、他の蓄電素子100とで一の蓄電素子100を挟む位置に配置されている。エンドスペーサ300は、上述の通り絶縁性材料で形成されているため、Y軸方向及びZ軸方向に広がる絶縁層としての機能を有している。エンドスペーサ300は、エンド部材400よりも弾性能が高い(ヤング率が低い、または、剛性が低い)部材である。エンドスペーサ300の蓄電素子100側には、両面テープ等の接着層520が配置されており、接着層520によって、エンドスペーサ300と蓄電素子100とが接着されている。
エンドスペーサ300には、蓄電装置10の端子である一対の外部端子910が配置されている。この一対の外部端子910は、蓄電装置10の正極外部端子及び負極外部端子であり、後述の端子部材900の一部である。これらエンドスペーサ300及び外部端子910(端子部材900)の構成の詳細な説明については、後述する。
エンド部材400及びサイド部材700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を外方から圧迫する部材である。つまり、エンド部材400及びサイド部材700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する。
具体的には、エンド部材400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板状のエンドプレート(挟持部材)である。エンド部材400は、強度確保の観点等から、ステンレス鋼、鉄、メッキ鋼板、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製(導電性)の材料で形成されている。エンド部材400の材質は特に限定されず、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てもよい。エンド部材400は、板状のエンドプレートではなく、ブロック状のエンドブロック等であることにしてもよい。
サイド部材700は、両端がエンド部材400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板状のサイドプレート(拘束部材、拘束バー)である。つまり、サイド部材700は、複数の蓄電素子100、複数の中間スペーサ200及び一対のエンドスペーサ300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、複数の蓄電素子100のZ軸方向両側方において、蓄電素子100とで絶縁プレート600を挟む位置に、2つのサイド部材700が配置されている。当該2つのサイド部材700のそれぞれが、X軸方向両端部において、2つのエンド部材400のZ軸方向端部に取り付けられている。これにより、2つのサイド部材700は、当該複数の蓄電素子100等を、X軸方向の両側及びZ軸方向の両側から挟み込んで拘束する。
サイド部材700は、Y軸方向に並ぶ複数のボルト等の固定部材701によって、エンド部材400に対して固定されている。サイド部材700のエンド部材400への取り付けは、ボルト等による固定には限定されず、溶接、接着、リベット止めまたはかしめ等で固定(接合)されていてもよい。サイド部材700は、どのような材質の材料で形成されていてもよいが、強度確保の観点等から、エンド部材400と同様の材質の材料で形成されている。サイド部材700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。
絶縁プレート600は、複数の蓄電素子100のZ軸方向両側に配置され、かつ、X軸方向に延設される長尺状かつ平板状の絶縁部材(インシュレータ)である。つまり、絶縁プレート600は、複数の蓄電素子100、複数の中間スペーサ200及び一対のエンドスペーサ300を跨ぐように、当該複数の蓄電素子100等とサイド部材700との間に配置され、蓄電素子100とサイド部材700とを絶縁する。蓄電素子100と絶縁プレート600との間には、両面テープ等の接着層530が配置されており、接着層530によって、蓄電素子100と絶縁プレート600とが接着されている。絶縁プレート600は、絶縁性を有する部材であればどのような材質で形成されていてもよいが、中間スペーサ200及びエンドスペーサ300と同様の材質の材料で形成されている。2つの絶縁プレート600が異なる材質の材料で形成されていてもよい。
バスバー800は、複数の蓄電素子100上に配置され、複数の蓄電素子100の電極端子同士を電気的に接続する導電性の板状部材である。本実施の形態では、バスバー800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。端部に配置されるバスバー800には、正極側及び負極側の外部端子910が接続されている。バスバー800は、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。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が並列接続されてもよい。
[2 蓄電素子100の詳細な説明]
次に、蓄電素子100の構成について、詳細に説明する。図3は、本実施の形態に係る蓄電素子100の構成を示す斜視図である。具体的には、図3は、図2における蓄電素子100から中間スペーサ200や接着層510、520、530が取り外された状態を拡大して示す斜視図である。図2における16個の蓄電素子100は、全て同様の構成を有しているため、以下では、1個の蓄電素子100について説明する。
図3に示すように、蓄電素子100は、容器110と、一対の電極端子120(正極端子及び負極端子)と、一対のガスケット130(正極側及び負極側のガスケット)と、を備えている。容器110の内方には、電極体、一対の集電体(正極集電体及び負極集電体)、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。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、様々なものを選択できる。容器110(後述の蓋体112)と集電体との間にもガスケットが配置され、集電体の側方等にはスペーサが配置されているが、これらの図示も省略する。
容器110は、開口が形成された容器本体111と、容器本体111の当該開口を閉塞する蓋体112と、容器本体111の外面を覆う絶縁シート113と、を有する直方体形状(角形)の容器である。容器本体111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軸プラス方向側に開口が形成されている。蓋体112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111のY軸プラス方向側にZ軸方向に延設されて配置されている。蓋体112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112a、及び、容器110内方に電解液を注液するための注液部(図示せず)等が設けられている。容器本体111及び蓋体112の材質は、特に限定されないが、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な金属であるのが好ましい。
絶縁シート113は、容器本体111の外面に配置され、容器本体111の外面を覆う絶縁性のシート状部材である。絶縁シート113の材質は、蓄電素子100に必要な絶縁性を確保できるものであれば特に限定されないが、PC、PP、PE、PPS、PET、PBTまたはABS樹脂等の絶縁性の樹脂、エポキシ樹脂、カプトン、テフロン(登録商標)、シリコン、ポリイソプレン、及びポリ塩化ビニルなどを例示できる。
このように、容器本体111の内方に電極体等が収容され、容器本体111と蓋体112とが溶接等によって接合されて内部が密封され、容器本体111の外面に絶縁シート113が配置されて、容器110が形成されている。
電極端子120は、蓋体112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、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。ガスケット130は、電極端子120の周囲、かつ、電極端子120と蓋体112との間に配置され、電極端子120と蓋体112との間の絶縁性及び気密性を確保するための部材である。ガスケット130は、PP、PE、PPS、PET、PEEK、PFA、PTFE、PBT、PES、ABS樹脂などの絶縁性の材料で形成されている。
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。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。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。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。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。
[3 エンドスペーサ300及び端子部材900の構成の詳細な説明]
次に、エンドスペーサ300及び端子部材900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スペーサ300及び端子部材900の構成を示す斜視図である。具体的には、図4は、図2におけるX軸プラス方向側のエンドスペーサ300を、外部端子910を有する端子部材900とともに示す斜視図である。図5は、本実施の形態に係るエンドスペーサ300の端子台320及び端子部材900の構成を示す斜視図である。具体的には、図5の(a)は、図4に示した端子台320及び端子部材900の構成を拡大して示す拡大斜視図であり、図5の(b)は、端子部材900の構成を示す斜視図である。図6は、本実施の形態に係る蓄電素子100、エンドスペーサ300、エンド部材400、バスバー800及び端子部材900の位置関係を示す斜視図である。図2において、X軸プラス方向側のエンドスペーサ300等とX軸マイナス方向側のエンドスペーサ300等とは、YZ平面に対して対称な形状を有しているため、X軸マイナス方向側のエンドスペーサ300等についての説明は、省略する。
エンドスペーサ300は、蓄電素子100のX軸プラス方向(第一方向)側に配置されるスペーサであり、図4に示すように、スペーサ本体部310と、端子台320と、スペーサ突出部330と、を有している。スペーサ本体部310は、エンドスペーサ300の本体部を構成する板状の部位であり、X軸プラス方向側の面に凹凸形状(Z軸方向に向けて波打つ波形の形状)を有するスペーサ凹凸面310aを有し、X軸マイナス方向側の面に平坦な(平面形状の)スペーサ平坦面310bを有している。
スペーサ本体部310は、スペーサ凸部311と、スペーサ凹部312と、スペーサ傾斜部313と、を有している。スペーサ凸部311は、スペーサ本体部310のうちのX軸プラス方向に突出した凸部であり、スペーサ本体部310のZ軸プラス方向側の端部、Z軸マイナス方向側の端部、及び、Z軸方向中央部に位置する3つのスペーサ凸部311が、Y軸方向に延設されて配置されている。スペーサ凹部312は、スペーサ本体部310のうちのX軸マイナス方向に凹んだ凹部であり、当該3つのスペーサ凸部311のうちの隣り合う2つのスペーサ凸部311の間に位置する2つのスペーサ凹部312が、Y軸方向に延設されて配置されている。スペーサ傾斜部313は、スペーサ凸部311からスペーサ凹部312に向けてなだらかに傾斜した形状の部位であり、それぞれのスペーサ凸部311とスペーサ凹部312との間に位置する4つのスペーサ傾斜部313が、Y軸方向に延設されて配置されている。
具体的には、スペーサ凸部311には、X軸マイナス方向に窪み、かつ、Y軸方向に並ぶ複数の窪み部311aが形成されており、これにより、Y軸方向またはZ軸方向に延び、かつ、Y軸方向に並ぶ複数のリブ311bが設けられた形状となっている。同様に、スペーサ凹部312には、X軸マイナス方向に窪み、かつ、Y軸方向及びZ軸方向に並ぶ複数の窪み部312aが形成されており、これにより、Y軸方向またはZ軸方向に延び、かつ、Y軸方向に並ぶ複数のリブ312bが設けられた形状となっている。スペーサ傾斜部313は、スペーサ凸部311とスペーサ凹部312とを繋ぐ部位である。つまり、スペーサ傾斜部313は、Z軸プラス方向側の端部がスペーサ凸部311に接続され、Z軸マイナス方向側の端部がスペーサ凹部312に接続されて、凸部から凹部に徐々に変化する傾斜状の形状を有している。
スペーサ本体部310は、Y軸方向に並ぶ2つのスペーサ側嵌合部314を有している。スペーサ側嵌合部314は、X軸プラス方向側に突出する円柱形状の部位であり、エンド部材400に形成された貫通孔に挿入されて嵌合されることで、エンドスペーサ300をエンド部材400に固定する。
スペーサ突出部330は、スペーサ本体部310に形成された凹部内に収容されて、X軸プラス方向側の一部が、X軸プラス方向に突出した円筒形状の部材である。具体的には、スペーサ突出部330は、固定部材701が締結されて、サイド部材700をエンドスペーサ300及びエンド部材400に対して固定するカラーである。本実施の形態では、スペーサ本体部310のZ軸プラス方向側及びZ軸マイナス方向側の端部のそれぞれに、3つのスペーサ突出部330が配置されている。
端子台320は、エンドスペーサ300のY軸プラス方向側の端部に設けられた、外部端子910が配置される台座部である。本実施の形態では、外部端子910を有する端子部材900が、端子台320と一体に形成されている。端子部材900は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鋼、ステンレス等の金属製の導電部材である。具体的には、端子部材900が、エンドスペーサ300にインサート成形されて、エンドスペーサ300と一体に形成されている。つまり、端子部材900を配置した金型に、樹脂が注入されて、端子部材900とエンドスペーサ300とからなる一体成形品が形成されている。これら端子台320及び端子部材900の構成について、以下に詳細に説明する。
図5の(a)に示すように、端子台320は、端子台第一壁部321と、端子台第二壁部322と、2つの端子台第三壁部323と、を有している。図5の(b)に示すように、端子部材900は、外部端子910と、バスバー920と、を有している。
端子台第一壁部321は、外部端子910のX軸マイナス方向側に配置されて、バスバー920を内部に収容する平板状の壁部である。端子台第二壁部322は、外部端子910のZ軸マイナス方向側に配置されて、外部端子910を載置する矩形状かつ平板状の底壁部である。端子台第三壁部323は、外部端子910のY軸方向両側に配置されて、外部端子910のY軸方向両側を囲う矩形状かつ平板状の側壁部である。このように、端子台320は、端子部材900の周囲を覆うことで、端子部材900他の部材と接触するのを抑制する。
外部端子910は、蓄電装置10の外部の導電部材と接続される端子部であり、XY平面に平行な矩形状かつ平板状の端子板部911と、端子板部911からZ軸プラス方向に延びる円柱状の端子柱部912と、を有している。端子板部911は、外部端子910の本体部であり、上面に、当該外部の導電部材が接続される。端子柱部912は、当該外部の導電部材を端子板部911に固定するための部位であり、ナットと螺合されるボルト部である。
外部端子910は、端子板部911のZ軸プラス方向側の面と端子柱部912とが端子台320から露出した状態で、端子台320に対して固定されている。つまり、外部端子910は、端子板部911のZ軸マイナス方向側の部位が端子台第二壁部322に埋設されることで、端子台320と一体に形成(一体化)されている。
バスバー920は、外部端子910と蓄電素子100とを接続するバスバーであり、YZ平面に平行な矩形状かつ平板状の外部端子側板部921と、XZ平面に平行な矩形状かつ平板状の蓄電素子側板部922と、を有している。外部端子側板部921は、Z軸マイナス方向側の端部が、外部端子910の端子板部911のX軸マイナス方向側の端部と接続されることにより、外部端子910と接続されている。蓄電素子側板部922は、X軸プラス方向側の端部が、外部端子側板部921のY軸プラス方向側の端部と接続されることにより、外部端子側板部921と接続されている。
バスバー920は、蓄電素子側板部922のY軸プラス方向側の面が端子台320から露出した状態で、端子台320に対して固定されている。つまり、バスバー920は、外部端子側板部921と蓄電素子側板部922のY軸マイナス方向側の部位とが端子台第一壁部321の内部に配置(埋設)されることで、端子台320と一体に形成(一体化)されている。このように、バスバー920は、少なくとも一部が、エンドスペーサ300の内部に配置されている。
図6に示すように、蓄電素子側板部922は、露出したY軸プラス方向側の面が、蓄電素子100に接続される。具体的には、蓄電素子側板部922は、バスバー800の端部に配置されるバスバー810と溶接等により接続(接合)され、かつ、バスバー810は、蓄電素子100の電極端子120と溶接等により接続(接合)される。これにより、蓄電素子側板部922は、バスバー810を介して、当該蓄電素子100の電極端子120と電気的に接続される。
このように、バスバー920は、蓄電素子側板部922が蓄電素子100の電極端子120に接続され、外部端子側板部921が外部端子910に接続されることで、蓄電素子100の電極端子120と蓄電装置10の外部端子910とを繋ぐバスバーである。このため、バスバー920は、電極端子120と外部端子910との間の少なくとも一部が、エンドスペーサ300の内部に配置されることとなる。
端子台320は、スペーサ本体部310のY軸プラス方向側の端部からX軸プラス方向に突出している。つまり、図6に示すように、端子台320は、蓄電装置10のX軸方向(第一方向)側の端部に配置されるエンド部材400に向く方向に、突出している。これにより、端子台320は、エンド部材400のY軸プラス方向(第一方向と交差する第二方向)側に配置されている。
[4 効果の説明]
以上のように、本実施の形態に係る蓄電装置10によれば、蓄電素子100に接続されるバスバー920は、少なくとも一部が、エンドスペーサ300の内部に配置されている。このように、バスバー920の少なくとも一部をエンドスペーサ300の内部に配置することで、バスバー920をエンドスペーサ300で支持できる。これにより、バスバー920を支持するバスバーケース(バスバーフレーム、バスバープレート)等の別部材を設ける必要がないため、簡易な構成の蓄電装置10を実現できる。特に、バスバー920を他の部材(蓄電素子100の電極端子120、蓄電装置10の外部端子910等)に取り付ける際に、バスバー920をエンドスペーサ300の内部で位置規制して、バスバー920が回転等移動するのを抑制できる。エンドスペーサ300は絶縁部材であるため、バスバー920と他の部材(蓄電素子100、サイド部材700、エンド部材400等)との間の絶縁性を向上できる。
バスバー920を内部に配置するスペーサは、複数の蓄電素子100の第一方向側に配置されるエンドスペーサ300である。このように、バスバー920を支持するスペーサとして、エンドスペーサ300を利用することで、簡易な構成の蓄電装置10を実現できる。
エンドスペーサ300の内部に配置されるバスバー920は、蓄電素子100の電極端子120と蓄電装置10の外部端子910とを繋ぐバスバーであり、バスバー920は、電極端子120と外部端子910との間の少なくとも一部が、エンドスペーサ300の内部に配置されている。蓄電素子100の電極端子120と蓄電装置10の外部端子910とを繋ぐバスバー920においては、長さが長くなる傾向にあるため、電極端子120と外部端子910との間の部分を支持しておくのが好ましい。このため、バスバー920において、電極端子120と外部端子910との間の少なくとも一部を、エンドスペーサ300の内部に配置する。これにより、バスバー920を容易に支持できるため、簡易な構成の蓄電装置10を実現できる。バスバー920においては、長さが長くなる傾向にあるため、位置規制または絶縁性を確保するのが好ましい。このため、バスバー920において、電極端子120と外部端子910との間の少なくとも一部を、エンドスペーサ300の内部に配置することで、容易に、バスバー920の位置規制を行ったり、他の部材との間の絶縁性を向上させたりできる。
さらに詳細に説明すると、以下の通りである。外部端子910は、外部電線等の外部の導電部材をボルト部分である端子柱部912に取り付けて、ナットを締結することで、当該外部の導電部材が接続される構造である。このため、当該外部の導電部材の取付時に、ナットを締め付ける力により、バスバー920には必ず締結トルクが加えられる。
バスバー920が、エンドスペーサ300の内部に配置されておらず、エンドスペーサ300に設けられた支持部やガイド部に沿ったり、跨いだりするように配置されている場合、バスバー920の表面は外部に向かって露出しているとともに、バスバー920をエンドスペーサ300に組み付けるための隙間が生じる。このため、当該外部の導電部材の取付時に、バスバー920に締結トルクが加わると、当該隙間の部分でバスバー920自体が捻られることになる。これにより、過大な力で締結されると、バスバー920自体が捻り力に耐えきれずに損傷するおそれがある。バスバー920が、エンドスペーサ300の支持部やガイド部に食い込んで損傷させたり、これらを乗り越えて、他の部材と近接もしくは接触するおそれもある。電極端子120と外部端子910とを繋ぐバスバー920は、バスバー920の長さが長くなる傾向にあるため、蓄電素子100間を接続するバスバー800と比べてこのような不具合が起こりやすく、中間部分を十分な強度で支持しておくことが好ましい。
このようなことから、バスバー920の一部をエンドスペーサ300の内部に配置することで、容易に十分な機械的強度でバスバー920を支持できる。バスバー920の一部をエンドスペーサ300の内部に配置する方法がインサート成形であれば、バスバー920とその周囲のエンドスペーサ300の樹脂との間は隙間なく密着しているため、バスバー920に加えられたトルクをその周囲のエンドスペーサ300の樹脂全体で受けることができ、より強固にバスバー920を支持できる。
電極端子120と外部端子910とを繋ぐバスバー920には、蓄電装置10の総電圧がかかっており、高電圧となる傾向がある。よって、従来の構成では、通常の使用状態においても湿気や結露等の影響で耐電圧強度が劣化するおそれがあるし、外部の導電部材の接続に伴う不具合が起こると、十分な耐電圧強度を確保することができず、リーク電流が発生したり、最悪の場合、バスバーとエンド部材等の他の金属部分とがショートして蓄電装置の機能を損なうおそれがある。これに対し、本実施の形態では、バスバー920の一部がエンドスペーサ300の内部に配置されているため、バスバー920がエンドスペーサ300を乗り越えて、他の部材と近接もしくは接触することが抑制され、容易に十分な耐電圧強度を確保できる。バスバー920の一部をエンドスペーサ300の内部に配置する方法がインサート成形であれば、バスバー920とその周囲のエンドスペーサ300の樹脂との間は隙間なく密着し、バスバー920を支持する機械的強度も向上するため、さらに十分な耐電圧強度を確保できるとともに、バスバー920とエンドスペーサ300との隙間に起因するリーク電流やスパークの発生も防止できる。
バスバー920を内部に配置するエンドスペーサ300は、蓄電装置10の外部端子910が配置される端子台320を有している。このように、エンドスペーサ300が外部端子910の端子台320を有していることで、端子台320を別に設けるよりも部品点数を低減できる。これにより、簡易な構成の蓄電装置10を実現できる。エンド部材400に端子台320を設ける場合よりも、蓄電装置10の第一方向の長さが長くなるのを抑制できるため、省スペース化(エネルギー密度の向上)を図ることができる。
さらに詳細に説明すると、以下の通りである。蓄電装置10の開発において、エネルギー密度の向上(具体的には蓄電装置10全長の短尺化)が、最重要課題であった。そこで、本願発明者は、蓄電装置10を構成する部材(中間スペーサ200、エンドスペーサ300、エンド部材400、外部端子910等)を抜本的に見直した。本願発明者は、エンドスペーサ300を本実施の形態のような形状とすることで、エンドスペーサ300からエンド部材400への応力が分散されて、蓄電装置10全長を短尺化できることを見出した。
従来では、エンド部材の外側に絶縁ブロックによる端子台に設けた外部端子を配置するのが一般的であり、エンドスペーサとしては、あくまでも蓄電素子とエンド部材とを絶縁するための部材として、薄い樹脂製の部材が用いられていた。(逆に言うと、エンドスペーサに薄い部材を使わないと、外部端子の端子台までを含めた蓄電装置の総全長が大きくなる傾向にあった。)本願発明者が見出した「エンドスペーサ300からエンド部材400への応力分散の構造」によれば、エンドスペーサ300は荷重分散効果を生み出す形状(凹凸形状)を設けるために、ある程度の厚みや強度を持った部材が有効であることが分かった。
このような背景から、本願発明者は、エンドスペーサ300に外部端子910の端子台320を一体的に設ける発明に到達した。つまり、本願発明者は、エンドスペーサ300に外部端子910の端子台320を設けることにより、単に部品点数の低減ができるだけでなく、別部材としての端子台320を配置する場合と比べて、端子台320自体の強度や組み付け精度等が向上し、外部端子910の端子台320までを含めた蓄電装置10の総全長を従来よりも小さくし、よりエネルギー密度を向上させることに成功した。端子台320がエンドスペーサ300と一体化していることにより、十分な耐電圧強度を確保できるとともに、端子台320とエンドスペーサ300等の他部材との隙間に起因するリーク電流やスパークの発生も防止できる。
端子台320は、蓄電装置10の第一方向側の端部に配置されるエンド部材400の、第一方向と交差する第二方向(Y軸プラス方向)側に配置されている。エンドスペーサ300は、蓄電素子100から熱が伝わるのを抑制または絶縁性を確保するために、第二方向の長さは短くしない方が好ましい場合がある。これに対し、エンド部材400は、エンドスペーサ300よりも第二方向の長さを短くできるため、エンド部材400の第二方向側の空間を活用して、端子台320を配置できる。端子台320をエンド部材400の第二方向側に配置することで、蓄電装置10の第一方向の長さが長くなるのを抑制できる。これにより、簡易な構成で、蓄電装置10の省スペース化(エネルギー密度の向上)を図ることができる。
さらに詳細に説明すると、以下の通りである。エンド部材400には、蓄電素子100の膨れに伴う力を受け止め、支えることが必要とされる。蓄電素子100が膨れようとする力は、蓄電素子100の長側面中心部が最大で、四隅に行くに従って小さくなる。したがって、エンド部材400の機能を損なわず外部端子910を配置するためには、外部端子910を当該四隅の何れかに配置するのが好ましい。その中でも、外部端子910を電極端子120が配置される側の隅部に設けることにより、電極端子120から外部端子910につながるバスバー920の長さを最小化できるため、外部端子910を電極端子120側に配置することが、さらに好ましい。よって、端子台320をY軸プラス方向側の隅に配置することにより、エンド部材400の機能を損なわずに、外部端子910の端子台320までを含めた蓄電装置10の総全長を従来よりも小さくし、よりエネルギー密度を向上できる。
蓄電装置10の外部端子910は、エンドスペーサ300の端子台320と一体に形成されている。このように、外部端子910をエンドスペーサ300の端子台320と一体形成することで、部品点数を低減できる。これにより、簡易な構成の蓄電装置10を実現できる。外部端子910をエンドスペーサ300に固定できるため、外部端子910に外部の部材(バスバー等)を接続する際に、外部端子910が回転等移動するのを抑制できる。
さらに詳細に説明すると、以下の通りである。外部端子910が端子台320と一体に形成されていることで、外部端子910を容易に十分な機械的強度で支持できる。一体化する方法がインサート成形であれば、外部端子910と端子台320との間は隙間なく密着しているため、外部端子910に加えられたトルクをその周囲の端子台320全体で受けることができ、より強固に外部端子910を支持できる。外部端子910が端子台320と一体に形成されていると、容易に十分な耐電圧強度を確保できる。一体化する方法がインサート成形であれば、外部端子910と端子台320との間は隙間なく密着し、外部端子910を支持する機械的強度も向上するため、さらに十分な耐電圧強度を確保できるとともに、外部端子910と端子台320との隙間に起因するリーク電流やスパークの発生も防止できる。加えて、外部端子910が端子台320と一体に形成されていることにより、単に部品点数の低減ができるだけでなく、別部材としての端子台320を配置する場合と比べて、端子台320自体の強度や組み付け精度等が向上し、外部端子910の端子台320までを含めた蓄電装置10の総全長を従来よりも小さくし、よりエネルギー密度を向上できる。
[5 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、本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。
上記実施の形態では、エンドスペーサ300の内部に配置されるバスバー920は、蓄電素子100の電極端子120と蓄電装置10の外部端子910とを繋ぐバスバーであることとした。しかし、バスバー920は、2つの蓄電素子100の電極端子120同士を繋ぐバスバーであることにしてもよい。または、エンドスペーサ300の内部に、バスバー800、または、バスバー800及び920とは異なるバスバーが配置されてもよい。
上記実施の形態では、バスバー920は、他の蓄電素子100とで一の蓄電素子100を挟む位置に配置されるスペーサ、つまりエンドスペーサ300の内部に配置されていることとした。しかし、バスバー920は、一の蓄電素子100と他の蓄電素子100とで挟まれる位置に配置されるスペーサ、つまり中間スペーサ200の内部に配置されてもよい。または、中間スペーサ200の内部に、バスバー800、または、バスバー800及び920とは異なるバスバーが配置されてもよい。
上記実施の形態では、エンドスペーサ300は、端子台320を有しており、端子台320の内部にバスバー920が配置されていることとした。しかし、エンドスペーサ300は、端子台320を有しておらず、スペーサ本体部310等の内部にバスバー920が配置されてもよい。
上記実施の形態では、バスバー920は、エンドスペーサ300にインサート成形されてエンドスペーサ300に埋設されることで、エンドスペーサ300の内部に配置されてエンドスペーサ300と一体に形成されていることとした。しかし、バスバー920は、エンドスペーサ300の内部に配置されていればよく、エンドスペーサ300にインサート成形されていなくてもよいし、エンドスペーサ300に埋設されていなくてもよいし、エンドスペーサ300と一体に形成されていなくてもよい。
上記実施の形態では、バスバー920(及び外部端子910の端子板部911)は、1枚の板状部材が折り曲げられて形成されていることとしたが、複数枚の板状部材が接続されて形成されてもよい。
上記実施の形態では、外部端子910の端子柱部912は、Z軸プラス方向に向けて突出していることとしたが、Z軸マイナス方向、X軸方向またはY軸方向等、どのような方向に向けて突出していてもよい。
上記実施の形態では、端子台320は、エンド部材400のY軸プラス方向側に配置されていることとした。しかし、端子台320の配置位置は特に限定されず、端子台320は、蓄電素子100に向く方向に突出して配置されて、蓄電素子100のY軸プラス方向側に配置されてもよい。
上記実施の形態では、蓄電装置10のX軸プラス方向側及びX軸マイナス方向側の双方ともに上記の構成を有していることとしたが、蓄電装置10のX軸プラス方向側及びX軸マイナス方向側のいずれか一方が上記と異なる構成を有していてもよい。
上記実施の形態及びその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。
本発明は、このような蓄電装置10として実現できるだけでなく、蓄電装置10が備えるエンドスペーサ300及びバスバー920としても実現できる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を備えた蓄電装置等に適用できる。
10 蓄電装置
100 蓄電素子
120 電極端子
200 中間スペーサ
300 エンドスペーサ
310 スペーサ本体部
320 端子台
321 端子台第一壁部
322 端子台第二壁部
323 端子台第三壁部
400 エンド部材
800、810、920 バスバー
900 端子部材
910 外部端子
911 端子板部
912 端子柱部
921 外部端子側板部
922 蓄電素子側板部

Claims (7)

  1. 蓄電素子と、
    第一方向において前記蓄電素子の側方に配置されるスペーサと、
    前記蓄電素子に接続されるバスバーと、を備え、
    前記バスバーは、少なくとも一部が、前記スペーサの内部に配置されている
    蓄電装置。
  2. 前記第一方向に並ぶ複数の蓄電素子を備える
    請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記バスバーは、前記蓄電素子の電極端子と前記蓄電装置の外部端子とを繋ぐバスバーであり、
    前記バスバーは、前記電極端子と前記外部端子との間の少なくとも一部が、前記スペーサの内部に配置されている
    請求項1または2に記載の蓄電装置。
  4. 前記スペーサは、前記蓄電装置の外部端子が配置される端子台を有している
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  5. さらに、前記第一方向において前記蓄電装置の端部に配置されるエンド部材を備え、
    前記端子台は、前記第一方向と交差する第二方向において前記エンド部材の側方に配置されている
    請求項4に記載の蓄電装置。
  6. 前記外部端子は、前記端子台と一体に形成されている
    請求項4または5に記載の蓄電装置。
  7. 前記第一方向に並ぶ複数の蓄電素子を備え、
    前記スペーサは、前記第一方向において、前記複数の蓄電素子のうち端部に配置された蓄電素子の外側に配置される
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄電装置。
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