JP2016054129A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電素子の状態を精度よく計測することができる蓄電装置を提供する。
【解決手段】蓄電素子100と、蓄電素子100の第一方向側に設けられるスペーサ200と、蓄電素子100の第一方向に交差する第二方向側に設けられ、蓄電素子100の状態を計測する計測部740と、を備える蓄電装置1であって、スペーサ200は、蓄電素子100の第二方向側及びその反対側に設けられる一対の壁部223、224を有し、蓄電素子100は、第二方向側に設けられる壁部223からの距離d1が、反対側に設けられる壁部224からの距離d2よりも短くなる位置に配置される。
【選択図】図11

Description

本発明は、蓄電素子と蓄電素子の側方に設けられるスペーサとを備える蓄電装置に関する。
従来、複数の蓄電素子(電池セル)を備える蓄電装置(組電池)において、当該複数の蓄電素子の間の絶縁を図るためのスペーサが設けられた構成が知られている(特許文献1参照)。特許文献1の蓄電装置には、複数の蓄電素子の、複数の蓄電素子の並び方向に交差する方向側に配置され、蓄電装置の温度を検出する温度センサ(温度検出器)が設けられており、温度センサの検出結果を蓄電装置の制御に利用している。
特開2013−20891号公報
しかしながら、上記従来の蓄電装置では、例えば、振動や衝撃が蓄電装置に与えられた場合には、蓄電素子と温度センサとの間に位置ずれが生じ、蓄電素子と温度センサとの間が離れてしまったり、温度検出器が蓄電素子の所望の位置から外れてしまったりすることにより、蓄電素子の温度を精度よく計測できないおそれがある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、蓄電素子の状態を精度よく計測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、前記蓄電素子の第一方向側に設けられるスペーサと、前記蓄電素子の前記第一方向に交差する第二方向側に設けられ、前記蓄電素子の状態を計測する計測部と、を備える蓄電装置であって、前記スペーサは、前記蓄電素子の前記第二方向側及びその反対側に設けられる一対の壁部を有し、前記蓄電素子は、前記第二方向側に設けられる壁部からの距離が、前記反対側に設けられる壁部からの距離よりも短くなる位置に配置される。
これによれば、蓄電素子は、第二方向の反対側の壁部よりも、計測部が設けられる側の第二方向側の壁部に近い位置に配置されるため、蓄電素子を計測部に確実に近づけた状態とすることができる。これにより、計測部は、蓄電素子の状態を精度よく計測することができる。
また、前記壁部には、前記計測部が設けられる位置に開口部が形成されていてもよい。
このため、蓄電素子の第二方向側の絶縁性を向上させることができ、かつ、計測部による蓄電素子の状態の計測を精度よくかつ容易にできる。
また、前記スペーサは、さらに、前記蓄電素子の前記第二方向側とは反対側の面に当接する位置に配置される突起部を有してもよい。
これによれば、蓄電素子の第一方向側に設けられるスペーサには、計測部が設けられる蓄電素子の面とは反対側の面に当接する位置に、突起部が形成されているため、蓄電素子をスペーサの第二方向側の壁部に近づけて配置することができる。これにより、蓄電素子を計測部に近づけた状態とすることができる。このため、計測部は、蓄電素子の状態を精度よく計測することができる。
また、前記突起部と前記計測部とは、前記第二方向において対応する位置に配置されていてもよい。
このため、スペーサは、少なくとも計測部に対応する位置で計測部に向けて蓄電素子を近づけることができる。
また、さらに、前記蓄電素子及び前記スペーサの前記第二方向側及びその反対側における端部に配置され、前記蓄電素子と前記スペーサとの間に前記第一方向における拘束力を付与する2つの拘束部材を備え、前記2つの拘束部材のうち前記第二方向側に配置される第一拘束部材は、前記計測部よりも前記第一方向及び前記第二方向に交差する第三方向側に配置され、前記2つの拘束部材のうち前記反対側に配置される第二拘束部材は、前記第一拘束部材の前記第三方向側とは反対側に配置されてもよい。
このため、2つの拘束部材は、計測部が配置される位置を除いた位置に配置できる。これにより計測部を蓄電素子の第二方向側に設けるときに2つの拘束部材に干渉せずに配置できる。また、2つの拘束部材は、蓄電素子及びスペーサの間に対して、第三方向の幅にわたって偏りなく拘束力を付与できる。これにより、計測部は、蓄電素子の状態を精度よく計測でき、また、2つの拘束部材は、蓄電素子及びスペーサの間に対してより安定的に拘束力を付与できる。
また、前記第一拘束部材及び前記第二拘束部材は、前記蓄電素子の中心に対して互いに略対称な位置に配置されてもよい。
このため、2つの拘束部材は、蓄電素子及びスペーサの間に対して、第三方向の幅にわたって平均的に拘束力を付与できる。これにより、2つの拘束部材は、蓄電素子及びスペーサの間に対して、より安定的に拘束力を付与できる。
また、前記計測部は、前記蓄電素子の温度を計測する温度センサであってもよい。
このため、計測部は、蓄電素子の温度を精度よく計測できる。
また、前記計測部は、前記蓄電素子の側面のうち、前記蓄電素子が備える集電体に対向する位置で当接してもよい。
このため、蓄電素子の側面のうち発熱しやすい集電体に対向する位置での温度を計測することができる。このため、計測部で計測された温度を、蓄電装置の各種制御に有効に利用できる。
また、前記計測部は、前記集電体を構成する正極集電体及び負極集電体のうち抵抗が大きい方の集電体に対向する位置で当接してもよい。
このた、蓄電素子の側面のうち発熱しやすい正極集電体に対向する位置での温度を計測することができる。このため、計測部で計測された温度を、蓄電装置の各種制御に有効に利用できる。
また、前記蓄電装置は、前記第一方向に並ぶ3以上の前記蓄電素子を備え、前記3以上の蓄電素子の間には、複数のスペーサが設けられ、前記計測部は、前記3以上の蓄電素子のうちで内側に配置される内側蓄電素子の前記第二方向側に設けられ、前記複数のスペーサのうち、前記内側蓄電素子に当接するスペーサには、前記突起部が形成されていてもよい。
これによれば、3以上の蓄電素子のうちで温度が上昇しやすい内側蓄電素子を計測部に確実に近づけることができる。これにより、計測部は、内側蓄電素子の温度を精度よく計測することができる。
また、前記突起部は、前記蓄電素子に対して前記計測部側に向かう付勢力を付与するように形成されていてもよい。
このため、スペーサは、蓄電装置に振動や衝撃が与えられたとしても、蓄電素子が計測部に近づいている状態を維持できる。
また、前記スペーサは、さらに、前記蓄電素子の前記第二方向側とは反対側に設けられる他の壁部を有し、前記他の壁部には前記突起部を含む複数の突起部が形成されていてもよい。
このため、第二方向に対して傾かないように蓄電素子を計測部に近づけることができる。つまり、計測部は、安定した状態の蓄電素子の面で蓄電素子の状態を計測できるため、蓄電素子の状態をより精度よく計測することができる。
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、当該蓄電装置が備えるスペーサ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、蓄電素子の状態を精度よく計測することができる。
本発明の実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 本発明の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。 本発明の実施の形態に係る蓄電ユニットの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電ユニットの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電素子の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電気機器の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電気機器を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電ユニットと電気機器の一部との位置関係を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るスペーサの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るスペーサの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るスペーサの構成を示す平面図である。 蓄電ユニット及び電気機器が組み立てられた組立体を、計測部を通過するX−Y平面で切断したときの断面図である。
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、いずれも本発明の好ましい一具体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等は、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。
(実施の形態)
まず、蓄電装置1の構成について、説明する。
図1は、本発明の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。また、図2は、本発明の実施の形態に係る蓄電装置1を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、これらの図では、Z軸方向を上下方向として示しており、以下ではZ軸方向を上下方向として説明するが、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ため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。
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である。
これらの図に示すように、蓄電装置1は、第一外装体11及び第二外装体12からなる外装体10と、外装体10内方に収容される蓄電ユニット30及び電気機器40とを備えている。
外装体10は、蓄電ユニット30及び電気機器40の外方に配置される、蓄電装置1の外装体を構成する矩形状(箱状)の容器(モジュールケース)である。つまり、外装体10は、蓄電ユニット30及び電気機器40を所定の位置に配置し、蓄電ユニット30及び電気機器40を衝撃等から保護する。また、外装体10は、例えばポリカーボネートやポリプロピレン(PP)等の絶縁性の樹脂等により構成されており、蓄電ユニット30及び電気機器40が外部の金属部材等に接触することを回避する。
ここで、外装体10は、外装体10の蓋体を構成する第一外装体11と、外装体10の本体を構成する第二外装体12とを有している。第一外装体11は、第二外装体12の開口を閉塞する扁平な矩形状のカバー部材であり、正極外部端子21と負極外部端子22とが設けられている。蓄電装置1は、この正極外部端子21と負極外部端子22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。また、第二外装体12は、開口が形成された有底矩形筒状のハウジングであり、蓄電ユニット30及び電気機器40を収容する。
なお、第一外装体11と第二外装体12とは、同じ材質の部材で形成されていてもよいし、異なる材質の部材で形成されていてもかまわない。
蓄電ユニット30は、複数の蓄電素子を有しており、第一外装体11に設けられた正極外部端子21と負極外部端子22とに接続される。本実施の形態では、図2に示すように、蓄電ユニット30は、複数の蓄電素子が横置きになった状態でZ軸方向に積み重ねられて、第二外装体12内に配置される。そして、蓄電ユニット30は、上方から第一外装体11が被せられて、外装体10の内方に収容される。なお、蓄電ユニット30の詳細な構成の説明については、後述する。
電気機器40は、内方に回路基板やリレー等が配置された矩形状の機器であり、蓄電ユニット30の側方(X軸方向プラス側)に配置されている。本実施の形態では、図2に示すように、電気機器40は、回路基板が縦置きになった状態でZ軸方向に立てられて、第二外装体12内に配置される。そして、電気機器40は、上方から第一外装体11が被せられて、外装体10の内方に収容される。なお、電気機器40の詳細な構成の説明については、後述する。
次に、蓄電ユニット30の構成について、詳細に説明する。
図3及び図4は、本発明の実施の形態に係る蓄電ユニット30の構成を示す斜視図である。具体的には、図3は、蓄電ユニット30からバスバーフレーム500とバスバー600とを分離した場合の構成を示す分解斜視図である。また、図4は、蓄電ユニット30からバスバーフレーム500とバスバー600とを分離した構成要素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、これらの図及び以降の図では、説明の便宜のため、Y軸方向を上下方向として示しており、Y軸方向を上下方向として説明している箇所があるが、実際の使用態様において、Y軸方向が上下方向になるとは限らない。
これらの図に示すように、蓄電ユニット30は、複数の蓄電素子100(本実施の形態では、8つの蓄電素子100)と、複数のスペーサ200(本実施の形態では、7つのスペーサ200)と、一対の挟持部材300と、複数の拘束部材400(本実施の形態では、4つの拘束部材410〜440)と、バスバーフレーム500と、複数のバスバー600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等の非水電解質二次電池である。蓄電素子100は、扁平な矩形状を有しており、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、Z軸方向に並べられている。要するに、スペーサ200は、蓄電素子100の側方に設けられる。
本実施の形態では、蓄電素子100は、外装体10内方に横向きにして配置されている(図2参照)が、同図では、説明の便宜のため、蓄電素子100は、電極端子を上方に向けて配置された状態で図示している。なお、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の詳細な構成の説明については、後述する。
スペーサ200は、隣り合う2つの蓄電素子100の間に配置され、当該2つの蓄電素子100間を絶縁する樹脂等で形成された絶縁性の板状部材を有する。本実施の形態では、8つの蓄電素子100の間に、7枚のスペーサ200が配置されている。なお、スペーサ200は、例えばポリカーボネートやポリプロピレン(PP)等の絶縁性の樹脂により形成されているが、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かまわない。
また、スペーサ200は、蓄電素子100の正面側または背面側の略半分(Z軸方向に2つに分けた場合の略半分)を覆うように、形成されている。つまり、スペーサ200の正面側または背面側の両面(Z軸方向の両面)には凹部が形成されており、当該凹部に上記の蓄電素子100の略半分が挿入される。このような構成により、蓄電素子100を挟む2つのスペーサ200が、蓄電素子100のほとんどの部分を覆うこととなるので、スペーサ200によって、蓄電素子100と他の導電性部材との間の絶縁性を向上させることができている。スペーサ200の詳細な構成については、後述する。
挟持部材300は、一対の平板状部材である挟持部材310及び320からなり、複数の蓄電素子100を、当該複数の蓄電素子100の並び方向(Z軸方向)の両側から挟み込んで保持する。
つまり、挟持部材310は、複数の蓄電素子100のうちの最もZ軸方向プラス側に配置された蓄電素子100よりも、Z軸方向プラス側に配置された平板状部材である。また、挟持部材320は、複数の蓄電素子100のうちの最もZ軸方向マイナス側に配置された蓄電素子100よりも、Z軸方向マイナス側に配置された平板状部材である。そして、挟持部材310と挟持部材320とで、複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200を、当該複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200の並び方向(Z軸方向)の両側から挟み込んで保持する。
また、挟持部材300(挟持部材310、320)は、強度の観点等から、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製(導電性)の部材で形成されているが、隣り合う蓄電素子100との間に、絶縁性の部材が配置されることで、蓄電素子100との絶縁性を確保している。なお、挟持部材300は、金属製(導電性)の部材に限定されず、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。また、挟持部材310と挟持部材320とは、同じ材質の部材で形成されていてもよいし、異なる材質の部材で形成されていてもかまわない。
拘束部材400は、両端が挟持部材300に取り付けられて、複数の蓄電素子100を拘束する部材である。つまり、拘束部材400は、当該複数の蓄電素子100を跨ぐように配置され、当該複数の蓄電素子100に対して複数の蓄電素子の並び方向(Z軸方向)における拘束力を付与する。なお、拘束部材400は、挟持部材300と同様に、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製の部材で形成されているのが好ましいが、金属以外の部材で形成されていてもかまわない。
具体的には、拘束部材400は、一端が挟持部材310に取り付けられるとともに、他端が挟持部材320に取り付けられる。そして、拘束部材400は、複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200に対して、当該複数の蓄電素子100及び複数のスペーサ200の並び方向における拘束力を付与する。
ここで、拘束部材400は、拘束部材410〜440からなる。拘束部材410及び420は、複数の蓄電素子100の上下方向両側(Y軸方向の両側)に配置され、当該複数の蓄電素子100を当該両側から挟み込んで拘束する。また、拘束部材430及び440は、複数の蓄電素子100の両側方(X軸方向の両側)に配置され、当該複数の蓄電素子100を当該両側方から挟み込んで拘束する。
具体的には、拘束部材410及び拘束部材420は、当該複数の蓄電素子100のY軸方向プラス側及びマイナス側に配置された一対の長尺状かつ平板状の部材である。また、拘束部材430及び拘束部材440は、当該複数の蓄電素子100のX軸方向プラス側及びマイナス側に配置された一対の長尺状かつ平板状の部材である。
バスバーフレーム500は、バスバー600と他の部材との絶縁、蓄電装置1内に配置される各種の配線等の保護、及び、バスバー600の位置規制を行うことができる部材である。特に、バスバーフレーム500は、バスバー600を、複数の蓄電素子100に対して位置決めする。
具体的には、バスバーフレーム500は、複数の蓄電素子100の上方(Y軸方向プラス側)に載置され、複数の蓄電素子100に対して位置決めされる。また、バスバーフレーム500上には、バスバー600が載置される。この際、バスバーフレーム500の有する突起部が、バスバー600に形成された開口部に挿入されることで、バスバーフレーム500に対してバスバー600が位置決めされる。これにより、バスバー600は、複数の蓄電素子100に対して位置決めされ、そして、複数の蓄電素子100が有するそれぞれの電極端子に接合される。
なお、バスバーフレーム500は、例えばポリカーボネートやポリプロピレン(PP)等の絶縁性の樹脂により形成されているが、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かまわない。また、バスバーフレーム500の詳細な構成、及びバスバーフレーム500がバスバー600を位置決めする詳細な構成の説明については、後述する。
バスバー600は、複数の蓄電素子100のそれぞれと電気的に接続されるバスバーである。つまり、バスバー600は、複数の蓄電素子100が有するそれぞれの電極端子と電気的に接続される導電性の部材であり、当該複数の蓄電素子100が有するいずれかの電極端子同士を電気的に接続する。
なお、バスバー600は、導電性の部材として、例えばアルミニウムで形成されているが、バスバー600の材質は特に限定されない。また、バスバー600は、全てが同じ材質の部材で形成されていてもよいし、いずれかのバスバーが異なる材質の部材で形成されていてもかまわない。
次に、蓄電素子100の構成について、詳細に説明する。
図5は、本発明の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、同図は、蓄電素子100の容器110を透視して蓄電素子100の内部を示す斜視図である。
同図に示すように、蓄電素子100は、容器110、正極端子120及び負極端子130を備えている。また、容器110内方には、電極体140、正極集電体150及び負極集電体160が配置されている。なお、容器110の内部には電解液等の液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。
容器110は、金属からなる矩形筒状で底を備える本体と、当該本体の開口を閉塞する金属製の蓋部とで構成されている。容器110は、電極体140等を内部に収容後、蓋部と本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。
電極体140は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる発電要素である。具体的には、電極体140は、正極と負極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを巻回されて形成された巻回型の電極体である。なお、電極体140は、平板状極板を積層した積層型の電極体であってもかまわない。
ここで、正極は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる長尺帯状の導電性の正極集電箔の表面に正極活物質層が形成された電極板であり、負極は、銅または銅合金等からなる長尺帯状の導電性の負極集電箔の表面に負極活物質層が形成された電極板であり、セパレータは、微多孔性のシートである。なお、蓄電素子100に用いられる正極、負極及びセパレータは、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、蓄電素子100の性能を損なうものでなければ適宜公知の材料を使用できる。また、容器110に封入される電解液(非水電解質)としても、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。
正極端子120は、正極集電体150を介して、電極体140の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子130は、負極集電体160を介して、電極体140の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子120及び負極端子130は、電極体140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140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電極端子である。
正極集電体150は、電極体140の正極と容器110の側壁との間に配置され、正極端子120と正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体150は、正極の正極集電箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金等で形成されている。また、負極集電体160は、電極体140の負極と容器110の側壁との間に配置され、負極端子130と電極体140の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体160は、負極の負極集電箔と同様、銅または銅合金等で形成されている。
次に、電気機器40の構成について、詳細に説明する。
図6は、本発明の実施の形態に係る電気機器40の構成を示す斜視図である。図7は、本発明の実施の形態に係る電気機器40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8は、本発明の実施の形態に係る蓄電ユニット30と電気機器40の一部との位置関係を示す斜視図である。
図6及び図7に示すように、電気機器40は、箱状の電気機器容器701の内方に、回路基板730と、計測部740と、正極バスバー750と、リレー760とを含む各種部品が収容されることで構成されている。
電気機器容器701は、例えばポリカーボネートやポリプロピレン(PP)等の絶縁性の樹脂からなる箱状部材であり、蓋部710と、容器本体720とからなる。蓋部710は、外周部(具体的には、Y軸方向の両端及びZ軸方向の両端)に容器本体720と係合するための複数の係合部711を有する。容器本体720は、各種部品を収容可能な矩形筒状で底を備えた構成であり、側壁(具体的には、Y軸方向の両端及びZ軸方向の両端に形成される側壁)に複数の係合部711により係合される、突起状の複数の被係合部721を有する。電気機器容器701は、蓋部710の複数の係合部711がそれぞれ、容器本体720複数の被係合部721に係合することにより、各種部品を収容する箱状部材となる。
回路基板730は、配線(リード線)によって蓄電ユニット30内のそれぞれの蓄電素子100の正極端子120または負極端子130、計測部740等に接続され、例えば、当該蓄電素子100の充電状態や放電状態(電圧、温度等の電池状態)等を取得し、監視し、制御する。
計測部740は、蓄電ユニット30のうちの2つの蓄電素子100の温度を計測する温度センサ(サーミスタ)である。計測部740は、容器本体720のX軸方向マイナス側の底面に形成される開口部722に配置される。つまり、計測部740は、蓄電素子100のX軸方向プラス側に設けられる。具体的には、計測部740は、図8に示すように、蓄電ユニット30のうちのZ軸方向プラス側から2番目に配置される蓄電素子100aの温度を計測する計測部741と、Z軸方向プラス側から4番目に配置される蓄電素子100bの温度を計測する計測部742とを有する(図3及び図4も参照)。計測部741は、蓄電素子100aの負極側の側面に面接触するように配置されており、計測部742は、蓄電素子100bの正極側の側面に面接触するように配置されている。より具体的には、計測部740は、スペーサ200により覆われている蓄電素子100のX軸方向プラス側の側面のうち、スペーサ200に設けられた開口部223aにより露出されている側面に、面接触するように配置されている。このように、計測部740は、蓄電素子100のX軸方向プラス側の側面に当接するため、蓄電素子100の正極集電体150または負極集電体160に対向する位置で当接する。なお、計測部740は、蓄電素子100の側面のうちの正極集電体150または負極集電体160に対向する位置の中でも電極端子120、130よりの位置で当接することが好ましい。これは、蓄電素子100のうちでも正極集電体150または負極集電体160が発熱しやすいからであり、また、電極端子120、130に近い位置でより発熱しやすいからである。
このように、計測部740は、蓄電ユニット30のうちの複数の蓄電素子100の並び方向(Z軸方向)の中央付近に配置される蓄電素子100bの温度を計測しているため、複数の蓄電素子100のうちの温度が上昇しやすい蓄電素子100bの温度を計測できる。また、計測部742は、蓄電素子100bの負極側よりも発熱しやすい正極側の側面(つまり、正極集電体150に対向する位置)に配置されるため、蓄電素子100bのうちで温度が上昇しやすい部分での温度を計測できる。なお、正極集電体150の方が負極集電体160よりも温度が上昇しやすいのは、正極集電体150を構成しているアルミニウム(アルミニウム合金)は、負極集電体160を構成している銅(銅合金)よりも抵抗が大きいからである。つまり、計測部742は、蓄電ユニット30のうちで最も温度が上昇しやすい部分の温度を計測している。このため、計測部742で計測された温度を、回路基板730での各種制御に有効に利用できる。
正極バスバー750は、複数の蓄電素子100がバスバー600により電気的に接続されてなる蓄電ユニット30の正極端子と、リレー760とに電気的に接続されるバスバーである。正極バスバー750は、蓄電ユニット30の正極端子と、リレー760とに接続される部分を除く部分が、熱収縮チューブによりなる絶縁部材751により覆われている。
リレー760は、正極バスバー750と、正極外部端子21とに電気的に接続されており、回路基板730の制御信号に応じて蓄電ユニット30の正極端子と正極外部端子21との導通及び非導通を切り替えるリレースイッチである。
次に、スペーサ200の構成について、詳細に説明する。
図9A及び図9Bは、本発明の実施の形態に係るスペーサ200の構成を示す斜視図である。図10は、本発明の実施の形態に係るスペーサ200の構成を示す平面図である。
これらの図に示すように、スペーサ200は、蓄電素子100のZ軸方向側に配置される板状部材210と、蓄電素子100のX軸方向の両側及びY軸方向の両側に配置される壁部220とを有する。
スペーサ200は、板状部材210からZ軸方向の両側に向かって突出している、圧迫突出部211、環状突出部212及び中空突出部213、214を有する。板状部材210は、X−Y平面に沿って形成される、X軸方向に長い矩形状の板状部材である。圧迫突出部211、環状突出部212及び複数の中空突出部213、214は、蓄電素子100及びスペーサ200の間に対して拘束部材400により拘束力が付与された状態で、蓄電素子100に当接する突出部である。
圧迫突出部211は、蓄電素子100に当接することで蓄電素子100を圧迫する。圧迫突出部211は、板状部材210の中央付近に形成されており、Z軸方向から見たときにX軸方向に長い矩形状で突出している。つまり、圧迫突出部211は、蓄電素子100の側面の中央に対向する位置に設けられている。
環状突出部212は、蓄電素子100に向かって環状に突出し、かつ、環状の内方空間を密閉するように蓄電素子100に当接する。環状突出部212は、板状部材210の外周部からZ軸方向の両側に向かって突出している。つまり、スペーサ200は、板状部材210の両側方に設けられる2つの蓄電素子100のそれぞれに向かって突出した2つの環状突出部212を有する。環状突出部212は、壁部220の内側に沿って、圧迫突出部211を囲うように形成されている。つまり、圧迫突出部211は、環状突出部212の内方空間に形成されている。また、環状突出部212は、蓄電素子100の側面の外周部に沿って形成されている。
複数の中空突出部213、214は、内方に空間が形成されるように蓄電素子100に向かって突出している。複数の中空突出部213、214は、突出している部分の反対側が、突出している形状に沿うように窪んでいる形状を有する。つまり、複数の中空突出部213、214には、突出している部分の反対側が窪むことにより形成される空間が、内方に形成されている。また、複数の中空突出部213、214は、先端に向かうにつれて突出方向に垂直な方向での間隔が小さくなるように傾斜する形状を有する。つまり、複数の中空突出部213、214は、略円錐台形状で突出している。
複数の中空突出部213、214は、板状部材210からZ軸方向プラス側に突出している複数の第一中空突出部213と、板状部材210からZ軸方向マイナス側に突出している複数の第二中空突出部214とを含む。つまり、第一中空突出部213は、スペーサ200の両側方に設けられる2つの蓄電素子100の一方に向かって突出している。第二中空突出部214は、当該2つの蓄電素子100の他方に向かって突出している。なお、第一中空突出部213及び第二中空突出部214は、互いに反対側に向かって突出していることが異なるだけであり、突出及び陥没している形状は互いに同じである。複数の中空突出部213、214は、環状突出部212の内方空間に、圧迫突出部211を囲うように環状に並んで配置されている。また、複数の第一中空突出部213のそれぞれと、複数の第二中空突出部214のそれぞれとは、交互に配置されている。
壁部220は、板状部材210の外縁からZ軸方向の両側に向かって延び、かつ、蓄電素子100の四方を囲むように形成される。つまり、スペーサ200の、蓄電素子100の正面側または背面側の略半分を覆うような凹部は、板状部材210及び壁部220により、形成されている。壁部220は、蓄電素子100のY軸方向プラス側に設けられる壁部221と、蓄電素子100のY軸方向マイナス側に設けられる壁部222と、蓄電素子100のX軸方向プラス側に設けられる壁部223と、蓄電素子100のX軸方向マイナス側に設けられる壁部224とを有する。壁部223には、計測部740が設けられる位置に開口部223aが形成されている。つまり、壁部223には、計測部740が蓄電素子100の側面に直接接触できるように、蓄電素子100の側面を露出させるための開口部223aが形成されている。なお、蓄電素子100は、上述したように、2つのスペーサ200の間に配置され、計測部740が設けられるX軸方向プラス側の側面は、Z軸方向の両側から2つのスペーサ200の壁部223により覆われる。このため、スペーサ200の壁部223のZ軸方向の両側に切り欠き状に開口部223aを形成することにより、隣接するスペーサ200と組み合わせられることで、矩形状の開口を蓄電素子100のX軸方向プラス側の側面に形成することができる。つまり、蓄電素子100のX軸方向プラス側の側面のZ軸方向中心を通る領域を露出させることができる。
壁部220には、壁部220から壁部220の外方に向かって十字状に突出している十字突出部230が形成されている。具体的には、壁部221には、Y軸方向プラス側に突出する十字突出部231が形成されており、壁部222には、Y軸方向マイナス側に突出する十字突出部232が形成されており、壁部223には、X軸方向プラス側に突出する十字突出部233が形成されており、壁部224には、X軸方向マイナス側に突出する十字突出部234が形成されている。このように、壁部220には、十字突出部230が形成されているため、拘束部材400により拘束された状態で、拘束部材400との間の間隔を十字突出部230で埋めることができる。
スペーサ200は、各突出部211〜214が当接する蓄電素子100の面と交差する面に当接する位置に配置される複数の突起部241、242を有する。本実施の形態では、スペーサ200は、板状部材210のX軸方向マイナス側の端部と壁部224とに跨がるように形成される4つの突起部241と、板状部材210のY軸方向プラス側の端部と壁部221とに跨がるように形成される4つの突起部242とを有する。
なお、スペーサ200は、一体に形成されている。つまり、スペーサ200が有する、板状部材210、壁部220、各突出部211、212、213、214、230及び複数の突起部241、242は、上述した材料(樹脂)により、一体成形されることにより形成されている。
次に、複数の突起部241が蓄電素子100を計測部740に向けて付勢する付勢力について図11を用いて説明する。
図11は、蓄電ユニット30及び電気機器40が組み立てられた組立体を、計測部740を通過するX−Y平面で切断したときの断面図である。
図11に示すように、複数の突起部241は、スペーサ200の側方の所定の位置に蓄電素子100が配置された場合、蓄電素子100のX軸方向マイナス側の面と当接することにより、蓄電素子100をX軸方向プラス側に向けて付勢する。つまり、複数の突起部241は、蓄電素子100に対して計測部740側に向かう付勢力を付与するように形成されている。また、蓄電素子100は、複数の突起部241によりX軸方向プラス側に向けて付勢されており、かつ、スペーサ200のX軸方向プラス側の壁部223には突起部が形成されていないため、蓄電素子100のX軸方向プラス側の側面が壁部223に当接する。これにより、スペーサ200の側方の所定の位置に蓄電素子100が配置された場合、スペーサ200のX軸方向プラス側の壁部223及び蓄電素子100の間の距離d1は、スペーサ200のX軸方向マイナス側の壁部224及び蓄電素子100の距離d2よりも短い。このようにして、蓄電素子100は、複数の突起部241及び壁部223により、スペーサ200に対するX軸方向の位置決めがなされる。
複数の突起部242は、スペーサ200の側方の所定の位置に蓄電素子100が配置された場合、蓄電素子100のY軸方向プラス側の面と当接することにより、蓄電素子100をY軸方向マイナス側に向けて付勢する。蓄電素子100は、複数の突起部242によりY軸方向マイナス側に向けて付勢されているため、蓄電素子100のY軸方向マイナス側の側面が壁部222に当接する。つまり、蓄電素子100は、複数の突起部242及び壁部222により、スペーサ200に対するY軸方向の位置決めがなされる。
このように、スペーサ200は、複数の突起部241、242、壁部222及び壁部223が形成されている構成であるため、蓄電素子100とスペーサ200との間のX軸方向及びY軸方向の位置決めを容易にできる。
なお、蓄電素子100と組み立てられる前のスペーサ200では、複数の突起部241のX軸方向プラス側の先端と壁部223との間の間隔は、蓄電素子100のX軸方向の幅よりも若干小さく、複数の突起部242のY軸方向マイナス側の先端と壁部223との間の間隔は、蓄電素子100のY軸方向の幅よりも若干小さい。このため、スペーサ200に蓄電素子100を組み合わせたときに、複数の突起部241のX軸方向プラス側の先端と、複数の突起部242のY軸方向マイナス側の先端とが蓄電素子100のX軸方向マイナス側の側面及びY軸方向プラス側の側面に当接し、かつ、変形することにより、蓄電素子100に対してX軸方向プラス側及びY軸方向マイナス側への付勢力を付与することができる。
また、計測部740は、電気機器容器701の容器本体720に形成された付勢部723によりX軸方向マイナス側に向けて付勢されている。つまり、計測部740及び蓄電素子100は、互いに近づくように、それぞれが容器本体720の付勢部723とスペーサ200の複数の突起部241により付勢されている。
次に、拘束部材430、440の配置位置について図11を用いて説明する。
図11に示すように、蓄電素子100及びスペーサ200のX軸方向における両端に配置される2つの拘束部材430、440は、Y軸方向に異なる位置に配置されている。より具体的には、2つの拘束部材430、440のうちの一方である第一拘束部材としての拘束部材430は、計測部740よりもY軸方向マイナス側に配置されており、2つの拘束部材430、440のうちの他方である第二拘束部材としての拘束部材440は、拘束部材430のX軸方向マイナス側、かつ、拘束部材430のY軸方向プラス側に配置される。また、2つの拘束部材430、440は、蓄電素子100の中心に対して互いに略対称な位置に配置される。つまり、2つの拘束部材430、440は、X軸方向で互いに対向しないように、互い違いな位置に配置されている。
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電装置1によれば、蓄電素子100は、X軸方向マイナス側の壁部224よりも、計測部740が設けられる側のX軸方向プラス側の壁部223に近い位置に配置されるため、蓄電素子100を計測部740に確実に近づけた状態とすることができる。これにより、計測部740は、蓄電素子100の状態を精度よく計測することができる。
また、突起部241は、蓄電素子100に対して計測部740側に向かう付勢力を付与するように形成されている。このため、スペーサ200は、蓄電装置に振動や衝撃が与えられたとしても、蓄電素子100計測部740に近づいている状態を維持できる。
また、スペーサ200は蓄電素子100のX軸方向プラス側の面とは、反対側の面に当接する位置に配置され、かつ、蓄電素子100を計測部740に近づけるための突起部241を有する。つまり、蓄電素子100のZ軸方向側(つまり側方)に隣接して設けられるスペーサ200には、計測部740が設けられる蓄電素子100の面とは反対側の面に当接する位置に、突起部241が形成されているため、スペーサ200の側方に蓄電素子100を配置したときに、蓄電素子100を計測部740に確実に近づけることができる。これにより、計測部740は、蓄電素子100の温度を精度よく計測することができる。
また、スペーサ200の、蓄電素子100のX軸方向プラス側に設けられる壁部223には、計測部740が設けられる位置に開口部223aが形成されている。このため、蓄電素子100のX軸方向プラス側の絶縁性を向上させつつ、計測部740による蓄電素子100の温度の計測を精度よくかつ容易にできる。
また、スペーサ200の、蓄電素子100のX軸方向マイナス側に設けられる壁部224には、複数の突起部241が形成されている。このため、X軸方向に対して傾かないように蓄電素子100を計測部740に近づけることができる。つまり、計測部740は、安定した状態の蓄電素子100の面で蓄電素子100の温度を計測できるため、蓄電素子100の状態を精度よく計測することができる。
また、2つの拘束部材430、440のうちの一方である拘束部材430は、蓄電素子100及びスペーサ200の計測部740が配置される側と同じ側に配置され、かつ、計測部740よりもY軸方向側に配置されている。このため、2つの拘束部材430、440は、計測部740が配置される位置を除いた位置に配置できる。これにより、計測部740を蓄電素子100のX軸方向プラス側に設けるときに2つの拘束部材430、440に干渉せずに配置できる。また、2つの拘束部材430、440は、Y軸方向の幅にわたって偏りなく拘束力を付与できる。これにより、計測部740は、確実に蓄電素子100の温度を計測でき、また、2つの拘束部材430、440は、蓄電素子100及びスペーサ200の間に対してより安定的に拘束力を付与できる。
なお、本実施の形態のように、蓄電素子100及びスペーサ200を第二方向で挟み込んで配置される2つの拘束部材を、第三方向に異なる位置に配置する場合、第二方向の全域にわたって拘束力を加えるには、矩形状の挟持部材300の短辺側に2つの拘束部材を設けることが好ましい。また、本実施の形態のように、2つの拘束部材を、挟持部材300の短辺側において、短辺とは交差する方向で異なる位置(つまり、互い違いな位置)に配置することで、長辺側において互い違いな位置に配置する場合よりも、偏った分布の拘束力を付与することを低減できる。
また、2つの拘束部材430、440は、蓄電素子100の中心に対して互いに略対称な位置に配置される。このため、2つの拘束部材430、440は、蓄電素子100及びスペーサ200の間に対して、Y軸方向の幅にわたって偏りなく平均的に拘束力を付与できる。これにより、2つの拘束部材430、440は、蓄電素子100及びスペーサ200の間に対して、より安定的に拘束力を付与できる。
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、上記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いと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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ことが意図される。
例えば、上記実施の形態では、スペーサ200には、蓄電素子100の計測部740が当接する面とは反対側の面に当接するように複数の突起部241が設けられているが、複数の突起部241に限らずに、1つの突起部が設けられているスペーサが採用されてもよい。なお、この場合、当該突起部は、計測部740とX軸方向において対応する位置に配置されていることが望ましい。なお、この場合のX軸方向は、蓄電素子100のX軸方向に面する側面に対して略垂直な方向である。つまり、突起部は、計測部740のY軸方向の位置に含まれる位置に配置されることが望ましい。これにより、1つの突起部であっても、X軸方向に沿った付勢力を蓄電素子100に付与できるため、蓄電素子100を効果的に計測部740に近づけることができる。また、複数の突起部が形成されるスペーサであっても、複数の突起部を包含するY軸方向の範囲が、計測部740が配置されるY軸方向の位置と重なる位置に配置されることが望ましい。これにより、当該スペーサは、少なくとも計測部740に対応する位置で、計測部740に向けて蓄電素子100を近づけることができる。また、突起部と、計測部740とは、蓄電素子100をX軸方向で挟んで対向するように配置されていると言うこともできる。
また、上記実施の形態では、スペーサ200には、X軸方向マイナス側の壁部224に複数の突起部241が設けられており、X軸方向プラス側の壁部223には複数の突起部が設けられていない構成であるが、X軸方向プラス側の壁部に複数の突起部が設けられる構成であってもよい。この場合、X軸方向マイナス側の壁部に設けられる複数の突起部は、X軸方向プラス側の壁部に設けられる複数の突起部よりも突出していることが好ましい。これにより、当該スペーサに対して蓄電素子100をX軸方向プラス側より(つまり計測部740より)に寄せた状態で配置できる。
また、上記実施の形態では、計測部740は、蓄電素子100の状態として温度を計測する温度センサであるが、温度センサに限らない。計測部は、例えば、蓄電素子100の状態として、充放電状態を計測する電流センサであってもよいし、蓄電素子100の電圧を計測する電圧センサであってもよい。なお、この場合には、計測部は、蓄電素子100の正極端子120及び負極端子130に当接するように設けられることになる。
また、上記実施の形態では、スペーサ200の壁部223には、切り欠き状の開口部223aが設けられているが、開口部の形状は切り欠き状に限らずに、開口の周囲が連続している開口部(つまり貫通孔)が設けられたスペーサが採用されてもよい。この場合、例えば、蓄電素子100のX軸方向プラス側の側面は、隣接するスペーサによって分割されて覆われる構成ではなく、1つのスペーサによって覆われる構成が考えられる。このように、1つのスペーサによって蓄電素子100のX軸方向プラス側の側面を覆う壁部を有するスペーサでは、開口部として貫通孔が採用されてもよい。
また、上記実施の形態では、複数のスペーサ200のうちの全てのスペーサ200に、複数の突起部241が形成されているが、少なくとも、側面に計測部740が設けられる蓄電素子100a、100bに隣接するスペーサのみに複数の突起部241を形成する構成であってもよい。また、この場合、蓄電素子100a、100bに隣接するスペーサのうちの、蓄電素子100a、100bに隣接する側のみに複数の突起部241を形成する構成としたスペーサを採用してもよい。
また、上記実施の形態では、スペーサ200には、複数の突起部241が壁部224と板状部材210との間に跨がって形成されているが、これに限らずに、壁部224のみから突出するように形成されていてもよいし、板状部材210のみから突出するように形成されていてもよいし、壁部221及び壁部222の少なくとも一方から突出するように形成されていてもよい。
また、上記実施の形態では、スペーサ200は、各突出部211〜214、230が形成されているが、これらの各突出部211〜214、230が形成されていないスペーサが採用されていてもよい。
また、上記実施の形態では、蓄電装置1は、複数の蓄電素子100を備える構成であるが、1つの蓄電素子を備える構成の蓄電装置にも適用できる。
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が備えるスペーサ200としても実現することができる。
また、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、蓄電素子と当該蓄電素子の側方に配置されるスペーサとを備える蓄電装置として有用である。
1 蓄電装置
10 外装体
11 第一外装体
12 第二外装体
21 正極外部端子
22 負極外部端子
30 蓄電ユニット
40 電気機器
100、100a、100b 蓄電素子
110 容器
120 正極端子
130 負極端子
140 電極体
150 正極集電体
160 負極集電体
200 スペーサ
210 板状部材
211 圧迫突出部
212 環状突出部
213 第一中空突出部
214 第二中空突出部
220、221、222、223、224 壁部
223a 開口部
230、231、232、233、234 十字突出部
241、242 突起部
300、310、320 挟持部材
400、410、420、430、440 拘束部材
500 バスバーフレーム
600 バスバー
701 電気機器容器
710 蓋部
711 係合部
720 容器本体
721 被係合部
722 開口部
723 付勢部
730 回路基板
740、741、742 計測部
750 正極バスバー
751 絶縁部材
760 リレー

Claims (10)

  1. 蓄電素子と、前記蓄電素子の第一方向側に設けられるスペーサと、前記蓄電素子の前記第一方向に交差する第二方向側に設けられ、前記蓄電素子の状態を計測する計測部と、を備える蓄電装置であって、
    前記スペーサは、前記蓄電素子の前記第二方向側及びその反対側に設けられる一対の壁部を有し、
    前記蓄電素子は、前記第二方向側に設けられる壁部からの距離が、前記反対側に設けられる壁部からの距離よりも短くなる位置に配置される
    蓄電装置。
  2. 前記壁部には、前記計測部が設けられる位置に開口部が形成されている
    請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記スペーサは、さらに、前記蓄電素子の前記第二方向側とは反対側の面に当接する位置に配置される突起部を有する
    請求項1または2に記載の蓄電装置。
  4. 前記突起部と前記計測部とは、前記第二方向において対応する位置に配置されている
    請求項3に記載の蓄電装置。
  5. さらに、
    前記蓄電素子及び前記スペーサの前記第二方向側及びその反対側における端部に配置され、前記蓄電素子と前記スペーサとの間に前記第一方向における拘束力を付与する2つの拘束部材を備え、
    前記2つの拘束部材のうち前記第二方向側に配置される第一拘束部材は、前記計測部よりも前記第一方向及び前記第二方向に交差する第三方向側に配置され、
    前記2つの拘束部材のうち前記反対側に配置される第二拘束部材は、前記第一拘束部材の前記第三方向側とは反対側に配置される
    請求項1から4のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  6. 前記第一拘束部材及び前記第二拘束部材は、前記蓄電素子の中心に対して互いに略対称な位置に配置される
    請求項5に記載の蓄電装置。
  7. 前記計測部は、前記蓄電素子の温度を計測する温度センサである
    請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  8. 前記計測部は、前記蓄電素子の側面のうち、前記蓄電素子が備える集電体に対向する位置で当接する
    請求項7に記載の蓄電装置。
  9. 前記計測部は、前記集電体を構成する正極集電体及び負極集電体のうち抵抗が大きい方の集電体に対向する位置で当接する
    請求項8に記載の蓄電装置。
  10. 前記蓄電装置は、前記第一方向に並ぶ3以上の前記蓄電素子を備え、
    前記3以上の蓄電素子の間には、複数のスペーサが設けられ、
    前記計測部は、前記3以上の蓄電素子のうちで内側に配置される内側蓄電素子の前記第二方向側に設けられ、
    前記複数のスペーサのうち、前記内側蓄電素子に当接するスペーサには、前記突起部が形成されている
    請求項9に記載の蓄電装置。
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