JP2015082391A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池群の締結荷重を良好に低減させることができ、構成部品の軽量化を図ることを可能にする。【解決手段】蓄電装置１０は、複数の蓄電池１２が積層される蓄電池群１２Ｍを備えるとともに、前記蓄電池１２は、セパレータ１４と交互に積層される。保持フレーム２０ａと蓄電池群１２Ｍとの間には、弾性体３０が介装される。弾性体３０は、各セパレータ１４の底面支持部１４ａに当接する底部弾性部材３０ａと、各セパレータ１４の側面支持部１４ｂに当接する側部弾性部材３０ｂとを一体に構成する。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の蓄電池が積層される蓄電池群を備え、前記蓄電池群の積層方向両端にエンドプレートが配置されるとともに、前記エンドプレート間は、保持フレームにより積層方向に一体に保持される蓄電装置に関する。

一般的に、複数の蓄電池（バッテリセル）が積層された蓄電池群（バッテリモジュール）を備えた蓄電装置が知られている。この蓄電装置は、例えば、ハイブリッド車両や電気車両に搭載されるため、多数の蓄電池を車両に対して強固且つ確実に搭載する必要がある。

このため、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が知られている。このバッテリモジュールでは、複数のバッテリセルを有しており、前記バッテリセルがホルダ（セパレータ）と交互に積層されるとともに、積層方向両端には、エンドプレートが配設されている。一対のエンドプレートには、左右一対のラダーフレームの両端がボルトにより締結されることにより、複数のバッテリセル及び複数のホルダが積層方向に締め付け保持され、バッテリモジュールが構成されている。

ラダーフレームの下部には、各バッテリセルに対応して板ばねが載置されている。各板ばねは、各バッテリセルを保持するホルダの下面に当接して前記ホルダを上方に付勢することにより、該ホルダの上面は、前記ラダーフレームの上部フランジに当接している。従って、各ホルダに保持されている各バッテリセルは、外形寸法に差が存在していても、さらに上下方向に対して振動が惹起されても、強固に保持させることができる。

特開２０１２−２５６４６６号公報

上記の特許文献１では、各バッテリセルは、板ばねにより上下の振動が規制される一方、各バッテリセル間の摩擦力により左右の振動が規制されている。このため、バッテリセルには、積層方向に相当に大きな拘束力（締結荷重）を付与する必要がある。従って、エンドプレート及びラダーフレームの剛性を十分に確保しなければならず、これらの構成部品が肉厚化されてしまい、重量が増加するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、蓄電池群の締結荷重を良好に低減させることができ、構成部品の軽量化を容易に図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、複数の蓄電池が積層される蓄電池群を備え、前記蓄電池群の積層方向両端にエンドプレートが配置されるとともに、前記エンドプレート間は、保持フレームにより積層方向に一体に保持されている。そして、保持フレームと蓄電池群との間には、前記蓄電池群の底面に当接する底部弾性部材と、前記蓄電池群の少なくとも一方の側面に当接する側部弾性部材と、が介装されている。

また、この蓄電装置では、蓄電池は、積層方向に沿って絶縁性セパレータと交互に配設されている。その際、絶縁性セパレータには、蓄電池の底面を支持する底面支持部、及び前記蓄電池の側面を支持する側面支持部が設けられることが好ましい。しかも、底部弾性部材は、底面支持部に当接する一方、側部弾性部材は、側面支持部に当接することが好ましい。

さらに、この蓄電装置では、底部弾性部材と側部弾性部材とは、一体に構成されるとともに、保持フレームに固定されることが好ましい。

さらにまた、この蓄電装置では、側部弾性部材は、１つ置きに配置された蓄電池の側面の下端に対向して設けられる基台部と、前記基台部から横方向に延在し、該基台部が対向する前記蓄電池に隣接する蓄電池の側面の下端に接触する押圧部と、を一体に設けることが好ましい。

また、この蓄電装置では、側部弾性部材と交互に且つ蓄電池の側面の上端に他の側部弾性部材が設けられることが好ましい。他の側部弾性部材は、側部弾性部材の基台部と交互に蓄電池の側面の上端に対向して設けられる他の基台部と、前記他の基台部から横方向に延在し、該他の基台部が対向する前記蓄電池に隣接する蓄電池の側面の上端に接触する他の押圧部と、を一体に設けることが好ましい。

本発明によれば、保持フレームと蓄電池群との間には、前記蓄電池群の底面に当接する底部弾性部材と、前記蓄電池群の少なくとも一方の側面に当接する側部弾性部材と、が介装されている。従って、蓄電池群は、上下方向及び水平方向から弾性力を介して保持されるため、各蓄電池間の摩擦力による保持が不要になる。これにより、蓄電池に対する積層方向の拘束力を低く設定することができ、構成部品の軽量化を容易に図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の要部分解斜視説明図である。 前記蓄電装置の正面説明図である。 前記蓄電装置を構成する蓄電池とセパレータとの斜視説明図である。 前記蓄電装置を構成する保持フレームの分解斜視説明図である。 前記蓄電装置の側面説明図である。 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。 前記蓄電装置の側面説明図である。 本発明の第３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。 前記蓄電装置の正面説明図である。 前記蓄電装置を構成する保持フレームの分解斜視説明図である。 前記保持フレームの一部平面説明図である。 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。 前記蓄電装置の正面説明図である。 前記蓄電装置の側面説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る蓄電装置の側面説明図である。

図１及び図２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、例えば、図示しないハイブリッド自動車（又は、電気自動車）に搭載される。蓄電装置１０は、複数の蓄電池（バッテリセル）１２が水平方向（矢印Ａ方向）に積層される蓄電池群（バッテリモジュール）１２Ｍを備える。蓄電池１２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）１４と交互に矢印Ａ方向に積層される。

蓄電池群１２Ｍ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１４でもよい）１６ａ、１６ｂを介装してエンドプレート１８ａ、１８ｂが配置される。エンドプレート１８ａ、１８ｂ間は、矢印Ｂ方向（矢印Ａ方向に交差する水平方向）両端に配置される保持フレーム２０ａ、２０ｂにより積層方向に一体に保持される。

蓄電池１２は、例えば、リチウムイオンバッテリからなり、図３に示すように、長方形又は正方形の両面１２ａ、１２ｂを周回して底面１２ｃ、上面１２ｄ及び両方の側面１２ｅ、１２ｆを有する。上面１２ｄには、プラス極（又はマイナス極）の端子２２ａとマイナス極（又はプラス極）の端子２２ｂとが設けられるとともに、前記上面１２ｄの両端には、係止部１２ｄ１、１２ｄ２が設定される。

セパレータ１４は、樹脂薄板を波形状に折り曲げることにより、側面視で上下方向に沿って波状に屈曲形成される。セパレータ１４と蓄電池１２の面１２ａとの間、及び前記セパレータ１４と前記蓄電池１２の面１２ｂとの間には、冷却風通路２４が形成される（図２及び図３参照）。

セパレータ１４の下部両角部には、蓄電池１２の両下端角部に係合して前記蓄電池１２の底面１２ｃを支持する底面支持部１４ａと、該蓄電池１２の側面１２ｅの下部を支持する側面支持部１４ｂとが設けられる。セパレータ１４の上部両角部には、蓄電池１２の両上端角部である係止部１２ｄ１、１２ｄ２に係合して上面１２ｄを支持する上面支持部１４ｃと、前記蓄電池１２の側面１２ｅの下部を支持する側面支持部１４ｄとが設けられる。

底面支持部１４ａ、側面支持部１４ｂ、上面支持部１４ｃ及び側面支持部１４ｄは、セパレータ１４の積層方向両側に突出する。各セパレータ１４は、それぞれ１個の蓄電池１２を支持する。互いに隣接する底面支持部１４ａ同士、側面支持部１４ｂ同士、上面支持部１４ｃ同士及び側面支持部１４ｄ同士は、それぞれ隙間なく当接する。セパレータ１４には、さらに蓄電池１２の所望の部位に係合する１個以上の係合板部１４ｅが必要に応じて設けられる。

図１に示すように、インシュレータプレート１６ａ、１６ｂは、セパレータ１４と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。エンドプレート１８ａ、１８ｂは、金属プレートにより構成され、水平方向両端縁部には、それぞれ上下に配列して複数（例えば、２個）のねじ孔２６が形成される。エンドプレート１８ａ、１８ｂには、図示しないが、車両内の搭載部位に固定するためのマウント構造が設けられる。

保持フレーム２０ａは、図４に示すように、略長方形状の金属プレートからなり、両短辺が内方に折り曲げられて取り付け板部２０ａ１、２０ａ２が形成される。保持フレーム２０ａの両長辺は、それぞれ内方に折り曲げられて下部フランジ部２０ａ３及び上部フランジ部２０ａ４が形成される。下部フランジ部２０ａ３には、後述する弾性体３０が固定される一方、上部フランジ部２０ａ４には、各セパレータ１４の上面支持部１４ｃが当接保持される。

保持フレーム２０ａには、長手方向中央に上下に延在する仕切り板部２０ａ５を介して左右に開口部２０ａ６、２０ａ７が形成される。なお、第１の実施形態では、保持フレーム２０ａに２個の開口部２０ａ６、２０ａ７が形成されるが、これに限定されるものではない。例えば、剛性等の要件から、縦横に複数本の仕切り板部を設けることにより、３個以上の開口部を設けてもよい。

取り付け板部２０ａ１、２０ａ２には、それぞれねじ孔２６と同軸上に孔部２６ａが上下に３個ずつ形成される。取り付け板部２０ａ１、２０ａ２は、エンドプレート１８ａ、１８ｂの外面に配置される。図１に示すように、各孔部２６ａにねじ２８が一体に挿入され、前記ねじ２８の先端が各ねじ孔２６に螺合することにより、保持フレーム２０ａの両端は、エンドプレート１８ａ、１８ｂに固定される。

なお、保持フレーム２０ｂは、上記の保持フレーム２０ａと同様に構成されており、同一の構成要素には、符号ａに代えて符号ｂを付し、その詳細な説明は省略する。

図４に示すように、保持フレーム２０ａの下部フランジ部２０ａ３には、弾性体３０が、例えば、溶接により固定される。弾性体３０は、蓄電池群１２Ｍの底面に当接する複数個の底部弾性部材３０ａと、前記蓄電池群１２Ｍの側面に当接する複数個の側部弾性部材３０ｂとを一体に構成する。各底部弾性部材３０ａは、各蓄電池１２の底面１２ｃに向かって突出するとともに、先端側が幅狭に形成される。各側部弾性部材３０ｂは、各蓄電池１２の側面１２ｅに向かって突出するとともに、先端側が幅狭に形成される。

図５に示すように、より具体的には、各底部弾性部材３０ａは、各セパレータ１４の底面支持部１４ａに当接する一方、各側部弾性部材３０ｂは、各セパレータ１４の側面支持部１４ｂに当接する。

図１に示すように、保持フレーム２０ｂの下部フランジ部２０ｂ３には、弾性体３２が、例えば、溶接により固定される。弾性体３２は、蓄電池群１２Ｍの底面に当接する複数個の底部弾性部材３２ａを有する。各底部弾性部材３２ａは、各蓄電池１２の底面１２ｃに向かって突出するとともに、先端側が幅狭に形成される。各底部弾性部材３２ａは、より具体的には、各セパレータ１４の底面支持部１４ａに当接する。

このように構成される蓄電装置１０の動作について、以下に説明する。

図２及び図５に示すように、保持フレーム２０ａ、２０ｂの下部フランジ部２０ａ３、２０ｂ３には、弾性体３０、３２が固定されている。弾性体３０、３２には、各蓄電池１２の底面１２ｃに向かって突出し、各セパレータ１４の底面支持部１４ａに当接する底部弾性部材３０ａ、３２ａが設けられている。このため、各セパレータ１４は、底部弾性部材３０ａ、３２ａにより上方に付勢され、各セパレータ１４の上面支持部１４ｃが上部フランジ部２０ａ４、２０ｂ４に当接保持されている。

従って、蓄電池群１２Ｍでは、各蓄電池１２の上下方向の外形寸法が異なっていても、底部弾性部材３０ａ、３２ａの押圧作用下に、保持フレーム２０ａ、２０ｂにより確実且つ強固に保持することができる。しかも、蓄電池群１２Ｍに上下方向の振動が作用しても、各蓄電池１２が上下に振動することを可及的に抑制することが可能になる。

さらに、第１の実施形態では、弾性体３０には、各セパレータ１４の一方の側面支持部１４ｂに当接する側部弾性部材３０ｂが設けられている。これにより、各蓄電池１２は、セパレータ１４に当接する側部弾性部材３０ｂにより、図４中、矢印Ｂ１方向に付勢され、各セパレータ１４の側面支持部１４ｂ、１４ｄが保持フレーム２０ｂに保持されている。

このため、蓄電池群１２Ｍに左右方向（矢印Ｂ方向）の振動が作用しても、各蓄電池１２が左右（水平方向）に振動することを可及的に抑制することができる。従って、蓄電池群１２Ｍは、上下方向及び水平方向から確実に保持されるため、各蓄電池１２間の摩擦力による保持が不要になる。これにより、蓄電池１２に対する積層方向の拘束力を低く設定することができ、構成部品（例えば、エンドプレート１８ａ、１８ｂ及び保持フレーム２０ａ、２０ｂ）の軽量化を容易に図ることが可能になるという効果が得られる。

図６に示すように、本発明の第２の実施形態に係る蓄電装置４０は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（又は、電気自動車）に搭載される。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以降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。

第２の実施形態では、保持フレーム２０ｂには、弾性体３２に代えて弾性体３０が採用される。このため、図７に示すように、各セパレータ１４は、両方の側面支持部１４ｂに各側部弾性部材３０ｂが当接している。従って、各蓄電池１２の側面１２ｅ、１２ｆが押圧保持されるため、蓄電池群１２Ｍに左右方向（矢印Ｂ方向）の振動が作用しても、各蓄電池１２が左右（水平方向）に振動することを可及的に抑制することができる。これにより、第２の実施形態では、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

図８及び図９に示すように、本発明の第３の実施形態に係る蓄電装置５０は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（又は、電気自動車）に搭載される。

第３の実施形態では、保持フレーム２０ａの下部フランジ部２０ａ３には、弾性体５２が、例えば、溶接により固定される。弾性体５２は、蓄電池群１２Ｍの底面に当接する複数個の底部弾性部材５２ａと、前記蓄電池群１２Ｍの側面下方に当接する複数個の側部弾性部材５２ｂとを一体に構成する。底部弾性部材５２ａは、底部弾性部材３０ａと同様に構成される。

図９〜図１１に示すように、側部弾性部材５２ｂは、１つ置きに配置された蓄電池１２の側面１２ｅの下端に対向して設けられる基台部５２ｂ１を備える。基台部５２ｂ１には、前記基台部５２ｂ１から横方向に延在し、該基台部５２ｂ１が対向する蓄電池１２に隣接する蓄電池１２の側面１２ｅの下端に接触する押圧部５２ｂ２が一体に設けられる。各押圧部５２ｂ２は、１つ置きに配置された蓄電池１２の側面１２ｅの下端に対応してセパレータ１４の側面支持部１４ｂに接触するとともに、基台部５２ｂ１から横方向に延在する途上で、蓄電池１２側に屈曲することによりばね性を確保している。

保持フレーム２０ｂの下部フランジ部２０ｂ３には、弾性体５２が、例えば、溶接により固定される。弾性体５２を構成する側部弾性部材５２ｂでは、各押圧部５２ｂ２は、保持フレーム２０ａに設けられた押圧部５２ｂ２が接触しない蓄電池１２の側面１２ｆの下端に対応してセパレータ１４の側面支持部１４ｂに接触する。

このように構成される第３の実施形態では、保持フレーム２０ａに設けられた側部弾性部材５２ｂは、押圧部５２ｂ２によりセパレータ１４を介して１つ置きに配置された蓄電池１２を矢印Ｂ１方向に押圧し、保持フレーム２０ｂに保持させている。一方、保持フレーム２０ｂに設けられた側部弾性部材５２ｂは、保持フレーム２０ａ側から押圧されていない１つ置きに配置された蓄電池１２を、セパレータ１４を介して押圧部５２ｂ２により矢印Ｂ２方向に押圧し、保持フレーム２０ａに保持させている。

このため、蓄電池群１２Ｍを構成する各蓄電池１２は、１つ置きに押圧部５２ｂ２を介して保持フレーム２０ｂと保持フレーム２０ａとに保持されている。従って、蓄電池群１２Ｍは、上下方向及び水平方向から保持されるため、各蓄電池１２間の摩擦力による保持が不要になり、構成部品の軽量化が図られる等、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。

しかも、側部弾性部材５２ｂは、基台部５２ｂ１と、前記基台部５２ｂ１から横方向に延在する押圧部５２ｂ２とから一体に構成されている。これにより、押圧部５２ｂ２は、横方向に延在することで所望のばね性を確保することができ、上方に延在する必要がない。このため、図９に示すように、各セパレータ１４の側面支持部１４ｂは、高さ方向（矢印Ｃ方向）の寸法を可及的に短尺化させることができ、冷却風通路２４を蓄電池１２の下端部近傍まで形成することが可能になる。従って、各蓄電池１２の冷却性能が良好に向上するという効果が得られる。

図１２〜図１４に示すように、本発明の第４の実施形態に係る蓄電装置６０は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（又は、電気自動車）に搭載される。

第４の実施形態では、保持フレーム２０ａの下部フランジ部２０ａ３には、弾性体５２が固定されるとともに、前記保持フレーム２０ａの上部フランジ部２０ａ４には、弾性体６２が固定される。弾性体６２は、弾性体５２とは異なる蓄電池１２に対応して１つ置きに配置された前記蓄電池１２に当接する。

図１４に示すように、弾性体６２では、蓄電池群１２Ｍの側面上方に当接する複数個の側部弾性部材５２ｄを有する。図１３に示すように、側部弾性部材５２ｄは、１つ置きに配置された蓄電池１２の側面１２ｅの上端に対向して設けられる基台部５２ｄ１を備える。基台部５２ｄ１には、前記基台部５２ｄ１から横方向に延在し、該基台部５２ｄ１が対向する蓄電池１２に隣接する蓄電池１２の側面１２ｅの上端に対向する押圧部５２ｄ２が一体に設けられる。

保持フレーム２０ｂの下部フランジ部２０ｂ３には、弾性体５２が固定されるとともに、前記保持フレーム２０ｂの上部フランジ部２０ｂ４には、弾性体６２が固定される。

このように構成される第４の実施形態では、蓄電池群１２Ｍを構成する各蓄電池１２は、四隅が弾性体５２及び弾性体６２により保持されている。従って、蓄電池群１２Ｍは、各蓄電池１２間の摩擦力による保持が不要になり、構成部品の軽量化を容易に図ることが可能になる等、上記の第１〜第３の実施形態と同様の効果が得られる。

図１５に示すように、本発明の第５の実施形態に係る蓄電装置７０は、例えば、図示しないハイブリッド自動車（又は、電気自動車）に搭載される。

第５の実施形態では、第１の実施形態の弾性体３０、３２に加えて、第４の実施形態の弾性体６２を保持フレーム２０ａ側にのみ設けている。これにより、各蓄電池１２は、セパレータ１４に当接する側部弾性部材３０ｂ、５２ｄを介し、図１５中、矢印Ｂ１方向に付勢され、保持フレーム２０ｂに押圧保持されている。このため、蓄電池群１２Ｍは、各蓄電池１２間の摩擦力による保持が不要になり、構成部品の軽量化を容易に図ることが可能になる等、上記の第１〜第４の実施形態と同様の効果が得られる。

１０、４０、５０、６０、７０…蓄電装置
１２…蓄電池
１２Ｍ…蓄電池群 １４…セパレータ
１４ａ…底面支持部 １４ｂ、１４ｄ…側面支持部
１４ｃ…上面支持部 １８ａ、１８ｂ…エンドプレート
２０ａ、２０ｂ…保持フレーム ２０ａ１、２０ａ２…取り付け板部
２０ａ３…下部フランジ部 ２０ａ４…上部フランジ部
２４…冷却風通路 ３０、３２、５２、６２…弾性体
３０ａ、３２ａ、５２ａ…底部弾性部材
３０ｂ、５２ｂ、５２ｄ…側部弾性部材
５２ｂ１、５２ｄ１…基台部 ５２ｂ２、５２ｄ２…押圧部

Claims (5)

1. 複数の蓄電池が積層される蓄電池群を備え、前記蓄電池群の積層方向両端にエンドプレートが配置されるとともに、前記エンドプレート間は、保持フレームにより積層方向に一体に保持される蓄電装置であって、
   前記保持フレームと前記蓄電池群との間には、該蓄電池群の底面に当接する底部弾性部材と、
   前記蓄電池群の少なくとも一方の側面に当接する側部弾性部材と、
   が介装さ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、前記蓄電池は、前記積層方向に沿って絶縁性セパレータと交互に配設されるとともに、
   前記絶縁性セパレータには、前記蓄電池の前記底面を支持する底面支持部、及び該蓄電池の前記側面を支持する側面支持部が設けられ、
   前記底部弾性部材は、前記底面支持部に当接する一方、前記側部弾性部材は、前記側面支持部に当接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、前記底部弾性部材と前記側部弾性部材とは、一体に構成されるとともに、前記保持フレームに固定され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、前記側部弾性部材は、１つ置きに配置された前記蓄電池の前記側面の下端に対向して設けられる基台部と、
   前記基台部から横方向に延在し、該基台部が対向する前記蓄電池に隣接する前記蓄電池の前記側面の下端に接触する押圧部と、
   を一体に設けることを特徴とする蓄電装置。
5. 請求項４記載の蓄電装置において、前記側部弾性部材と交互に且つ前記蓄電池の前記側面の上端に他の側部弾性部材が設けられるとともに、
   前記他の側部弾性部材は、前記側部弾性部材の前記基台部と交互に前記蓄電池の前記側面の上端に対向して設けられる他の基台部と、
   前記他の基台部から横方向に延在し、該他の基台部が対向する前記蓄電池に隣接する前記蓄電池の前記側面の上端に接触する他の押圧部と、
   を一体に設けることを特徴とする蓄電装置。

Images