JP5968211B2 - 蓄電モジュール、その製造方法、及び作業機械 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の蓄電セルを積層した蓄電モジュール、その製造方法、及び蓄電モジュールを搭載した作業機械に関する。
ラミネート型の複数の蓄電セルを積層して直列接続した蓄電モジュールが公知である。ラミネート型の蓄電セルは、セパレータを介して交互に積層された正極板と負極板とを、２枚のラミネートフィルムで挟んで封止した構造を有する。電極タブが、２枚のラミネートフィルムの間を通って外部に導出されている。蓄電セルを積層した後、積層方向の圧縮力を印加することにより、蓄電セルを機械的に支持する。
ラミネート型の蓄電セルにおいては、ラミネートフィルムが柔軟であるため、積層する際に、蓄電セルを積層方向に直交する面内に関して位置決めを行うことが困難である。また、積層した状態では、蓄電セル自体が溶接装置と空間的に干渉するため、積層後に、隣り合う蓄電セルの電極タブを超音波溶接によって接続することは困難である。このため、積層前に電極タブの超音波溶接を行なっておくことが好ましい。ところが、超音波溶接されて連なった複数の蓄電セルを、位置合わせしながら折り畳んで積層することは、煩雑であり、組立工数の増大をもたらす。
本発明の目的は、蓄電セルを積層して蓄電モジュールに組み立てる工数を削減することが可能な蓄電モジュールを提供することである。本発明の他の目的は、その蓄電モジュールの製造方法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、その蓄電モジュールを搭載した作業機械を提供することである。
本発明の一観点によると、
積層された複数のセルユニットと、
前記セルユニットの積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記セルユニットの各々は、
蓄電セルと、
前記蓄電セルを支持する枠体と
を有し、
前記枠体は、
前記積層方向に隣り合う前記枠体の、前記積層方向に直交する方向に関する相対位置を拘束する位置決め部を有し、
前記位置決め部は、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体との相対位置を、前記積層方向に直交する方向に関して位置決めし、かつ前記加圧機構による加圧によって前記積層構造に圧縮力を印加した状態で、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体と間に、前記枠体同士が前記積層方向にさらに近づく向きのマージンを残す構造を有する蓄電モジュールが提供される。
積層された複数のセルユニットと、
前記セルユニットの積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記セルユニットの各々は、
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前記蓄電セルを支持する枠体と
を有し、
前記枠体は、
前記積層方向に隣り合う前記枠体の、前記積層方向に直交する方向に関する相対位置を拘束する位置決め部を有し、
前記位置決め部は、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体との相対位置を、前記積層方向に直交する方向に関して位置決めし、かつ前記加圧機構による加圧によって前記積層構造に圧縮力を印加した状態で、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体と間に、前記枠体同士が前記積層方向にさらに近づく向きのマージンを残す構造を有する蓄電モジュールが提供される。
本発明の他の観点によると、
蓄電セル、前記蓄電セルを支持する枠体、及び前記枠体に固定された伝熱板を含む複数のセルユニットを積層する工程と、
前記セルユニットを積層した後、前記伝熱板の端面が一平面上に揃うように、前記セルユニットの積層方向と直交する方向に関して前記セルユニットの位置を揃える工程と、
前記セルユニットの位置を揃えた後、相互に隣り合う前記蓄電セルの電極タブを前記枠体にねじ止めする工程と
を有する蓄電モジュールの製造方法が提供される。
蓄電セル、前記蓄電セルを支持する枠体、及び前記枠体に固定された伝熱板を含む複数のセルユニットを積層する工程と、
前記セルユニットを積層した後、前記伝熱板の端面が一平面上に揃うように、前記セルユニットの積層方向と直交する方向に関して前記セルユニットの位置を揃える工程と、
前記セルユニットの位置を揃えた後、相互に隣り合う前記蓄電セルの電極タブを前記枠体にねじ止めする工程と
を有する蓄電モジュールの製造方法が提供される。
本発明のさらに他の観点によると、前記蓄電モジュールを搭載した作業機械が提供される。
枠体が蓄電セルを支持しているため、蓄電セルの積層時に、容易に蓄電セルの位置決めを行うことができる。また、位置決め部が、枠体同士が積層方向に近づく向きに変位可能な構造を有するため、蓄電セルに十分な圧縮力を印加することができる。
［実施例１］
図１Ａに実施例１による蓄電モジュールに用いられているラミネート型の蓄電セル３１
の平面図を示す。蓄電セル３１には、例えば電気二重層キャパシタ、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。ほぼ長方形の平面形状を有する蓄電容器５０の、相互に平行な２つの縁から、反対向きに一対の電極タブ３３が引き出されている。
図１Ａに実施例１による蓄電モジュールに用いられているラミネート型の蓄電セル３１
の平面図を示す。蓄電セル３１には、例えば電気二重層キャパシタ、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等が用いられる。ほぼ長方形の平面形状を有する蓄電容器５０の、相互に平行な２つの縁から、反対向きに一対の電極タブ３３が引き出されている。
図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図を示す。２枚のラミネートフィルム５０Ａ、５０Ｂにより蓄電容器５０が構成されている。ラミネートフィルム５０Ａ、５０Ｂには、例えばアルミラミネートフィルムが用いられる。ラミネートフィルム５０Ａ、５０Ｂは、蓄電積層体５６を挟み、蓄電積層体５６を密封する。一方のラミネートフィルム５０Ｂは、ほぼ平坦であり、他方のラミネートフィルム５０Ａは、蓄電積層体５６の形状を反映して変形している。ほぼ平坦な面を「背面」といい、変形している面を「腹面」ということとする。
図１Ｃに蓄電積層体５６の部分断面図を示す。正極集電体５１の両面に、正極用の分極性電極５７が形成されており、負極集電体５２の両面に、負極用の分極性電極５８が形成されている。正極集電体５１及び負極集電体５２には、例えばアルミニウム箔が用いられる。正極用の分極性電極５７は、例えば、活性炭粒子が混錬されたバインダを含むスラリーを、正極集電体５１の表面に塗布した後、加熱して定着させることにより形成される。負極用の分極性電極５８も同様の方法で形成される。
正極集電体５１と、その両面に形成された分極性電極５７とを「正極板」といい、負極集電体５２、及びその両面に形成された分極性電極５８とを「負極板」ということとする。正極板と負極板とが交互に積層されている。正極板と負極板との間に、セパレータ５３が配置されている。セパレータ５３には、例えばセルロース紙が用いられる。このセルロール紙に、電解液が含浸されている。電解液の溶媒には、例えば分極性有機溶剤、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート等が用いられる。電解質（支持塩）として、４級アンモニウム塩、例えばＳＢＰＢ４（スピロビピロリジニウムテトラフルオロボレート）が用いられる。セパレータ５３は、正極用の分極性電極５７と負極用の分極性電極５８との短絡、及び正極集電体５１と負極集電体５２との短絡を防止する。
図１Ｂに戻って説明を続ける。図１Ｂでは、セパレータ５３、及び分極性電極５７、５８の記載を省略している。
正極集電体５１及び負極集電体５２は、それぞれ両者の重なり領域から、相互に反対向き（図１Ａにおいて、左向き及び右向き）に伸びた接続部５１Ａ、５２Ａを有する。複数の正極集電体５１の接続部５１Ａが重ね合わされ、一方の電極タブ３３に超音波溶接されている。複数の負極集電体５２の接続部５２Ａが重ね合わされ、他方の電極タブ３３に超音波溶接されている。電極タブ３３には、例えばアルミニウム板が用いられる。
電極タブ３３は、ラミネートフィルム５０Ａとラミネートフィルム５０Ｂとの間を通って、蓄電容器５０の外側まで導出されている。電極タブ３３は、導出箇所において、ラミネートフィルム５０Ａとラミネートフィルム５０Ｂとに熱溶着されている。
正極集電体５１の接続部５１Ａと、ラミネートフィルム５０Ａとの間に、ガス抜き弁５５が配置されている。ガス抜き弁５５は、ガス抜き孔５４を塞ぐように配置され、ラミネートフィルム５０Ａに熱溶着されている。蓄電容器５０内で発生したガスが、ガス抜き弁５５及びガス抜き孔５４を通って外部に排出される。
正極集電体５１の接続部５１Ａと、ラミネートフィルム５０Ａとの間に、ガス抜き弁５５が配置されている。ガス抜き弁５５は、ガス抜き孔５４を塞ぐように配置され、ラミネートフィルム５０Ａに熱溶着されている。蓄電容器５０内で発生したガスが、ガス抜き弁５５及びガス抜き孔５４を通って外部に排出される。
蓄電容器５０内は真空排気されている。このため、ラミネートフィルム５０Ａ、５０Ｂは、大気圧により、蓄電積層体５６及びガス抜き弁５５の外形に沿うように、変形してい
る。
る。
図２に、実施例１による蓄電モジュールに用いられる枠体及び伝熱板の斜視図を示す。図３Ａに、枠体及び伝熱板の平面図を示し、図３Ｂに、枠体及び伝熱板の底面図を示す。以下、図２、図３Ａ、及び図３Ｂを参照しながら、枠体及び伝熱板の構造について説明する。
長方形の外周線に沿う形状を有する枠体２０の内側に、ラミネート型の蓄電セルが収容される。以下、理解を容易にするため、ｘｙｚ直交座標系を定義する。枠体２０のｚ軸の正の方向を向く面を上面と定義し、負の方向を向く面を底面と定義する。枠体２０は、長方形のｘ方向に平行な辺に沿う部分（ｘ方向部分）２０ｘと、ｙ方向に平行な辺に沿う部分（ｙ方向部分）２０ｙとを含む。枠体２０の底面に伝熱板２１が取り付けられている。伝熱板２１は、長方形の平面形状を有し、枠体２０に囲まれた領域の大部分を塞ぐように配置されている。
枠体２０には、絶縁性の樹脂、例えばＡＢＳ樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等が用いられる。伝熱板２１には、熱伝導率の高い金属、例えばアルミニウムが用いられる。
枠体２０の四隅よりもやや内側の上面に、ｚ軸の正の向きに突出した凸部２２（図２、図３Ａ）が形成されている。凸部２２の各々は、中空の円筒形状を有する。枠体２０の底面の、凸部２２に対応する領域に、凹部２９（図３Ｂ）が形成されている。複数の枠体２０をｚ方向に重ね合わせる時、ｚ方向の負の側の枠体２０の凸部２２が、ｚ方向の正の側の枠体２０の凹部２９内に挿入される。これにより、複数の枠体２０の、ｘｙ面内における相対位置が拘束される。
伝熱板２１は、枠体２０のｙ方向部分２０ｙの間に架け渡されており、ｘ方向部分２０ｘからは離れている。このため、枠体２０のｘ方向部分２０ｘと伝熱板２１との間には、開口部２３が形成されている。伝熱板２１は、枠体２０のｙ方向部分２０ｙの外側の縁よりもさらに外側まではみ出している。
枠体２０のｙ方向部分２０ｙのうち、伝熱板２１と重なる領域２０Ａの上面が、他の領域よりも低くなっている。低い領域２０Ａと、他の領域との段差は、伝熱板２１の厚さよりも大きい。複数の枠体２０をｚ方向に重ね合わせた時、伝熱板２１が低い領域２０Ａ内に収まる。このため、枠体２０をｚ方向に積層したとき、伝熱板２１は、ｚ方向の負の側の枠体２０の上面と、ｚ方向の正の側の枠体２０の底面との接触を妨げない。
枠体２０のｘ方向部分２０ｘの一部の領域２０Ｂが、他の領域よりも低くなっている。この低い領域２０Ｂの上に、電極タブ３３（図１Ａ）が配置される。
枠体２０のｘ方向部分２０ｘの外周側の表面に、複数、例えば３個のねじ穴（ねじ止め部）２４が形成されている。ねじ穴２４が形成された表面から間隙を隔てて、その表面と平行に保護板２５が配置されている。保護板２５は、支持壁２６を介して枠体２０に支持されている。支持壁２６は、ねじ穴２４が形成された表面と保護板２５との間の間隙と、低い領域２０Ｂの上の空間との連絡を妨げない位置に配置されている。
保護板２５に、貫通孔２８が形成されている。貫通孔２８は、ねじ穴２４をｙ方向に延長した仮想円柱と保護板２５との交差箇所に配置されている。貫通孔２８にドライバーを挿入し、ねじ穴２４にねじを螺合させることができる。
枠体２０、保護板２５、及び支持壁２６は、樹脂で一体成型される。伝熱板２１は、例えば枠体２０にねじ止めされる。または、枠体２０の成型時に伝熱板２１を枠体２０に固着させてもよい。
図４に、実施例１による蓄電モジュールを構成するセルユニットの斜視図を示す。図５Ａ及び図５Ｂに、それぞれセルユニットの平面図及び底面図を示す。図６に、図５Ａ及び図５Ｂの一点鎖線６−６における断面図を示す。以下、図４、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６を参照しながら、セルユニットの構造について説明する。
セルユニット４０は、枠体２０、伝熱板２１、及び２枚の蓄電セル３１を含む。図６に示すように、２枚の蓄電セル３１が腹面同士を対向させて重ねられ、伝熱板２１の上面側に載置されている。２枚の蓄電セル３１が枠体２０の内側に支持される。図５Ａに示すように、ｚ軸に平行な視線で見た時、枠体２０は、蓄電セル３１の蓄電容器５０を取り囲んでいる。
枠体２０の底面側（伝熱板２１側）に配置された蓄電セル３１の一方の電極タブ３３は、図５Ｂ、図６に示すように、ｙ方向の正の側の（図５Ｂ、図６において左側）の開口部２３を通過して枠体２０の底面側の空間まで導出されている。ｙ方向の負の側（図５Ｂ、図６において右側）の電極タブ３３は、枠体２０のｘ方向部分２０ｘの低い領域２０Ｂ（図２、図３Ａ、図６）上を通過して、ｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙に挿入される。
枠体２０の上面側に配置された蓄電セル３１の一対の電極タブ３３は、図４、図５Ａ、図６に示すように、それぞれ枠体２０のｘ方向部分２０ｘの低い領域２０Ｂの上を通って、ｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙に挿入される。２枚の蓄電セル３１の、ｙ方向の負の側（図６において右側）の電極タブ３３は、ｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙内において相互に重なる。上面側の蓄電セル３１の上面（背面）は、枠体２０の上面よりも上方にはみ出ている。すなわち、２枚の蓄電セル３１の合計の厚さは、枠体２０の底面から上面までの厚さよりも厚い。
図７に、複数のセルユニット４０を重ねた状態の断面図を示す。ｚ方向の負の側の枠体２０の凸部２２が、ｚ方向の正の側の枠体２０の凹部２９（図２Ｂ、図５Ｂ）内に挿入される。これにより、複数のセルユニット４０のｘｙ面内における位置が拘束される。凸部２２と凹部２９とを、「位置決め部」ということとする。
ｚ方向に隣り合う２つのセルユニット４０のうち、ｚ方向の正の側のセルユニット４０の底面側に配置された蓄電セル３１の、ｙ方向の正の側の電極タブ３３が、ｚ方向の負の側のセルユニット４０のｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙に挿入される。これにより、ｚ方向の負の側のセルユニット４０の、ｙ方向の正の側の電極タブ３３と、ｚ方向の正の側のセルユニット４０の、ｙ方向の正の側の電極タブ３３とが、ｙ方向の正の側（図７において左側）のｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙内で相互に重なる。
ｙ方向の負の側（図７において右側）のｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙内においては、１つのセルユニット４０に含まれる２つの蓄電セル３１の、ｙ方向の負の側の電極タブ３３が相互に重なる。電極タブ３３には、ねじを通すための孔が形成されている。電極タブ３３に形成された孔を通してねじ３４をねじ穴２４に螺合させることにより、電極タブ３３を電気的に接続するとともに、枠体２０に固定することができる。これにより、複数の蓄電セル３１が直列接続される。保護板２５に貫通孔２８が形成されているため、セルユニット４０を積層した状態でも、ねじ３４を外部から締め付けることができる。
ｙ方向の負の側の保護板２５を枠体２０に支持する支持壁２６は、ｙ方向の負の側の電極タブ３３が、ｚ方向に隣接するセルユニット４０の、ｙ方向の負の側の電極タブ３３に接触することを防止する機能を併せ持つ。ｙ方向の正の側の保護板２５を支持する支持壁２６は、同一のセルユニット４０内の２つの蓄電セル３１の、ｙ方向の正の側の電極タブ３３同士が接触することを防止する機能を併せ持つ。
枠体２０の底面側に配置された蓄電セル３１は、当該蓄電セル３１を収容するセルユニット４０の伝熱板２１に接触し、熱的に結合する。枠体２０の上面側に配置された蓄電セル３１は、当該蓄電セル３１を収容するセルユニット４０の、ｚ方向の正の側に隣接するセルユニット４０の伝熱板２１に接触し、熱的に結合する。
図８Ａに、位置決め部の断面図を示す。枠体２０の各々の上面に凸部２２が形成され、底面に凹部２９が形成されている。凹部２９の底面から、凸部２２の上面まで至る貫通孔３０が形成されている。このため、凸部２２は中空の円筒形状を有する。
ｚ方向に隣り合う２つのセルユニット４０のうち、ｚ方向の負の側のセルユニット４０に形成された凸部２２が、ｚ方向の正の側のセルユニット４０に形成された凹部２９内に挿入されている。図６を参照して説明したように、２枚の蓄電セル３１の厚さの合計が、枠体２０の底面から上面までの厚さよりも厚いため、ｚ方向の負の側の枠体２０の上面と、ｚ方向の正の側の枠体２０の底面とは、接触していない。凸部２２の先端と、当該凸部２２が挿入されている凹部２９の底面との間にも、隙間が形成されている。このため、凸部２２と凹部２９とで構成された位置決め部は、積層されたセルユニット４０のｘｙ面内に関する相対位置を拘束するが、ｚ方向にさらに近づく向きの変位を許容する。
図８Ｂに、ｚ方向の圧縮力を印加した時の位置決め部の断面図を示す。位置決め部（凸部２２、凹部２９）が、積層されたセルユニット４０の、ｚ方向に近づく向きの変位を許容するため、圧縮力を印加すると、蓄電セル３１（図６）の各々が薄くなるように変形するとともに、枠体２０が相互に近づく向きに変位する。圧縮力を印加した後も、ｚ方向に隣り合う２つの枠体２０の上面と底面とは接触しておらず、枠体２０同士がｚ方向にさらに近づく向きのマージンＭが残されている。
蓄電セル３１に厚さのばらつきがあるため、マージンＭが残されていない場合には、圧縮力を印加した状態で枠体２０同士が接触する箇所が生じる場合がある。枠体２０同士が接触すると、加圧板４３によって印加された圧縮力が、蓄電セル３１と枠体２０とに分散されて印加される。このため、蓄電セル３１に加わる圧縮力が弱くなってしまう。
実施例１においては、マージンＭが残されているため、蓄電セル３１に厚さのばらつきがあったとしても、蓄電セル３１の各々に優先的に圧縮力を印加することができる。このため、すべての蓄電セル３１に圧縮力が均等に配分される。この圧縮力は、蓄電セル３１の電気的特性の低下を抑制するとともに、蓄電セル３１の位置を強固に固定する。
図９Ａに、実施例１による蓄電モジュール６０の平面図を示す。複数のセルユニット４０が積層されている。加圧機構によって、セルユニット４０の積層構造に積層方向の圧縮力が印加される。加圧機構は、積層構造の両端に配置された加圧板４３、及び複数、例えば４本のタイロッド４４を含む。タイロッド４４は、一方の加圧板４３を貫通し他方の加圧板４３まで到達している。タイロッド４４の先端にボルトを締め付けることにより、２枚の加圧板４３に、両者を近づける向きの力が印加されている。これにより、セルユニット４０の積層構造に積層方向の圧縮力が印加される。タイロッド４４は、枠体２０に形成された凹部２９及び貫通孔３０（図８Ａ）内を通過する。図９Ａの右端に配置された枠体
２０の凸部２２の先端が加圧板４３に接触する場合には、右端の伝熱板２１と加圧板４３との間にスペーサを挿入すればよい。このスペーサは、右端に配置された枠体２０の凸部２２の先端が加圧板４３に接触することを回避する。
２０の凸部２２の先端が加圧板４３に接触する場合には、右端の伝熱板２１と加圧板４３との間にスペーサを挿入すればよい。このスペーサは、右端に配置された枠体２０の凸部２２の先端が加圧板４３に接触することを回避する。
加圧板４３の外側の表面に、絶縁碍子４６を介して中継バスバー４５が取り付けられている。両端のセルユニット４０の各々の一方の電極タブ３３が中継バスバー４５に電気的に接続されている。中継バスバー４５は、蓄電セル３１の直列接続回路の充放電を行うための端子となる。
加圧板４３の１つの縁が、Ｌ字型に折り曲げられている。折り曲げ箇所よりも先端の部分に、ねじ止め用のＵ字型の切り込み４７が形成されている。
図９Ｂに、図９Ａの一点鎖線９Ｂ−９Ｂにおける断面図を示す。実施例１による蓄電モジュール６０が、下部筐体１１０の底面に、ねじ６１により固定されている。伝熱板２１の端面が、下部筐体１１０の底面に接触する。蓄電モジュール６０の上に、上部筐体１１１が配置されている。伝熱板２１の上側の端面が、上部筐体１１１に接触する。伝熱板２１は、蓄電セル３１で発生した熱を下部筐体１１０及び上部筐体１１１まで伝達させる。
図１０Ａ及び図１０Ｂに、それぞれ実施例１による蓄電モジュールが収容される上部筐体１１１及び下部筐体１１０の斜視図を示す。
図１０Ｂに示すように、下部筐体１１０は、長方形の底面１２０と、その縁から上方に向かって延びる４枚の側面１２１とを含む。下部筐体１１０の上部は開放されている。下部筐体１１０の開放部が、上部筐体１１１（図１０Ａ）で塞がれる。側面１２１の上端に鍔１２７が設けられている。鍔１２７に、ボルトを通すための複数の貫通孔１２８が形成されている。下部筐体１１０及び上部筐体１１１の各々は、例えば鋳造法により形成される。
底面１２０に、２つの蓄電モジュール６０（図９Ａ、図９Ｂ）が搭載される。蓄電モジュール６０は、切り込み４７（図９Ａ）の位置で底面１２０にねじ止めされる。蓄電モジュール６０は、その積層方向が相互に平行になる姿勢で配置される。蓄電モジュール６０の各々の積層方向と交差する１つの側面１２１に開口１２３が形成されている。
開口１２３が形成された側面１２１の外側に、開口１２３を塞ぐように、コネクタボックス１２４が配置されている。コネクタボックス１２４の上面は開放されている。この開放部は、コネクタによって塞がれる。蓄電モジュール６０が、コネクタを介して外部の電気回路に接続される。２つの蓄電モジュール６０は、コネクタボックス１２４とは反対側の端部において、ヒューズ及び安全スイッチを介して相互に接続される。
上部筐体１１１は、上面１４０と、その縁から下方に延びる側面１４１を含む。上面１４０の外周は、下部筐体１１０の底面１２０の外周に整合する。上部筐体１１１の側面１４１の高さは、下部筐体１１０の側面１２１の高さより低い。例えば、側面１４１の高さは、側面１２１の高さの約２５％である。側面１４１の下端に鍔１４２が設けられている。鍔１４２に、複数の貫通孔１４３が形成されている。貫通孔１４３は、下部筐体１１０の貫通孔１２８に対応する位置に配置されている。
上部筐体１１１の上面１４０、及び下部筐体１１０の底面１２０の内部に、冷却媒体を流すための流路が形成されている。
下部筐体１１０の貫通孔１２８と、上部筐体１１１の貫通孔１４３とにボルトを通し、
ナットで締め付けることにより、蓄電モジュール６０を上下方向から挟み込む。図９Ｂに示したように、伝熱板２１が下部筐体１１０と上部筐体１１１とで上下方向から挟まれることにより、蓄電モジュール６０が筐体内に強固に、かつ摺動不能に固定される。また、伝熱板２１と下部筐体１１０、及び伝熱板２１と上部筐体１１１との間の熱伝達効率を高めることができる。上部筐体１１１に形成された流路及び下部筐体１１０に形成された流路を流れる冷却媒体が、伝熱板２１（図９Ｂ）を介して蓄電セル３１（図９Ｂ）を冷却する。
ナットで締め付けることにより、蓄電モジュール６０を上下方向から挟み込む。図９Ｂに示したように、伝熱板２１が下部筐体１１０と上部筐体１１１とで上下方向から挟まれることにより、蓄電モジュール６０が筐体内に強固に、かつ摺動不能に固定される。また、伝熱板２１と下部筐体１１０、及び伝熱板２１と上部筐体１１１との間の熱伝達効率を高めることができる。上部筐体１１１に形成された流路及び下部筐体１１０に形成された流路を流れる冷却媒体が、伝熱板２１（図９Ｂ）を介して蓄電セル３１（図９Ｂ）を冷却する。
図１１に、蓄電モジュール６０を構成するセルユニット４０と、下部筐体１１０の側面１２１との相対位置関係を示す。電極タブ３３及び電極タブ３３を固定するためのねじ３４と、側面１２１との間に、保護板２５が配置される。このため、電極タブ３３及びねじ３４が側面１２１に接触することによる電気的な短絡を防止することができる。
図１２に、実施例１による蓄電モジュール６０の製造方法のフローチャートを示す。ステップ２０１において、蓄電セル３１（図１Ａ〜図１Ｃ）を枠体２０（図２〜図３Ｂ）の内側に収容する。これにより、セルユニット４０（図４〜図６）が完成する。このとき、図６に示したように、２枚の蓄電セル３１のｙ方向の負の側の電極タブ３３は、ｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙に挿入され、相互に重なる。底面側の蓄電のｙ方向の正の側の電極タブ３３は、開口部２３を通って枠体２０の底面側の空間まで導出される。上面側の蓄電セル３１のｙ方向の正の側の電極タブ３３は、ｙ方向の正の側のｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙に挿入される。
ステップ２０２において、セルユニット４０を積層する。具合的には、セルユニット４０の凸部２２（図８Ａ、図８Ｂ）を、他のセルユニット４０の凹部２９（図８Ａ、図８Ｂ）内に挿入する。このとき、図７に示したように、相互に隣接する２枚のセルユニット４０のうち、ｚ方向の正の側のセルユニット４０の、底面側の蓄電セル３１のｙ方向の正の側の電極タブ３３を、ｚ方向の負の側のセルユニット４０のｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間の間隙に挿入し、２枚の電極タブ３３を重ねる。
セルユニット４０を積層した状態で、積層構造の両端に加圧板４３（図９Ａ、図９Ｂ）を配置し、タイロッド４４で仮止めする。この段階では積層構造に圧縮力は印加されていない。
ステップ２０３において、仮止めされたセルユニット４０の積層構造の伝熱板２１（図９Ｂ）の端面を一平面上に揃える。例えば、図９Ｂに示したように、加圧板４３のＬ字型に折り曲げられた縁を下に向けて、下部筐体１１０の上に載置する。この段階では、積層構造に圧縮力が印加されていないため、セルユニット４０は、積層方向と直交する方向に、位置決め部（凸部２２と凹部２９）の位置合わせ余裕の範囲内でずれる。位置決め部には、伝熱板２１と枠体２０との相対位置のばらつきを吸収して、伝熱板２１の下側の端面が一平面上に揃う程度の位置合わせ余裕が確保されている。
ステップ２０４において、セルユニット４０の積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する。これにより、伝熱板２１の下側の端面が一平面上に揃った状態で、セルユニット４０の相対位置を固定させることができる。
ステップ２０５において、ｘ方向部分２０ｘと保護板２５との間に挿入され、重ねられている電極タブ３３を、ねじ３４（図７）で枠体２０に固定する。これにより、蓄電モジュール６０（図９Ａ、図９Ｂ）内の蓄電セル３１が直列接続される。ねじ穴２４（図７）が枠体２０の外周側の表面に形成されているため、セルユニット４０を積層した状態で、ねじ３４を締め付けることができる。
実施例１による製造方法では、セルユニット４０を積層する工程の時に、セルユニット４０の間で電極タブ３３が接続されていない。このため、セルユニット４０を積層する時に、作業者は、電極タブ３３の接続箇所を変形させると同時にセルユニット４０の位置合わせを行う煩雑さから解放される。
また、実施例１による方法では、圧縮力を印加した後に、電極タブ３３を枠体にねじ止めする。セルユニット４０の積層構造に圧縮力を印加すると、蓄電セル３１が変形することにより、複数のセルユニット４０がｚ方向に相対的に変位する。この時点で電極タブ３３が枠体２０に固定されていないため、電極タブ３３の変形は生じない。このため、図１Ｂに示した電極タブ３３と正極集電体５１との接続箇所、及び電極タブ３３と負極集電体５２との接続箇所に生じる応力を抑制することができる。
［実施例２］
図１３に、実施例２によるハイブリッド型作業機械の例としてショベルの概略平面図を示す。上部旋回体１７０に、旋回軸受け１７３を介して、下部走行体１７１が取り付けられている。上部旋回体１７０に、エンジン１７４、油圧ポンプ１７５、電動モータ（電動部品）１７６、油タンク１７７、冷却ファン１７８、座席１７９、蓄電装置１８０、及び電動発電機（電動部品）１８３が搭載されている。エンジン１７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン１７４、油圧ポンプ１７５、及び電動発電機１８３が、トルク伝達機構１８１を介して相互にトルクの送受を行う。油圧ポンプ１７５は、ブーム１８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。蓄電装置１８０は、上記実施例１による蓄電モジュール６０（図９Ａ、図９Ｂ）、下部筐体１１０（図１０Ｂ）、及び上部筐体１１１（図１０Ａ）を含む。
図１３に、実施例２によるハイブリッド型作業機械の例としてショベルの概略平面図を示す。上部旋回体１７０に、旋回軸受け１７３を介して、下部走行体１７１が取り付けられている。上部旋回体１７０に、エンジン１７４、油圧ポンプ１７５、電動モータ（電動部品）１７６、油タンク１７７、冷却ファン１７８、座席１７９、蓄電装置１８０、及び電動発電機（電動部品）１８３が搭載されている。エンジン１７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン１７４、油圧ポンプ１７５、及び電動発電機１８３が、トルク伝達機構１８１を介して相互にトルクの送受を行う。油圧ポンプ１７５は、ブーム１８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。蓄電装置１８０は、上記実施例１による蓄電モジュール６０（図９Ａ、図９Ｂ）、下部筐体１１０（図１０Ｂ）、及び上部筐体１１１（図１０Ａ）を含む。
電動発電機１８３は、エンジン１７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電装置１８０に供給され、蓄電装置１８０が充電される。また、電動発電機１８３は、蓄電装置１８０からの電力によって駆動され、エンジン１７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク１７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン１７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席１７９に着座して、ショベルを操作する。
蓄電装置１８０から供給される電力によって、旋回モータ１７６が駆動される。旋回モータ１７６は、上部旋回体１７０を旋回させる。また、旋回モータ１７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電装置１８０が充電される。
図１４に、実施例２によるショベルの部分破断側面図を示す。下部走行体１７１に、旋回軸受け１７３を介して上部旋回体１７０が搭載されている。上部旋回体１７０は、旋回フレーム１７０Ａ、カバー１７０Ｂ、及びキャビン１７０Ｃを含む。旋回フレーム１７０Ａは、キャビン１７０Ｃ、及び種々の部品の支持構造体として機能する。カバー１７０Ｂは、旋回フレーム１７０Ａに搭載された種々の部品、例えば蓄電装置１８０等を覆う。キャビン１７０Ｃ内に座席１７９（図１３）が収容されている。
旋回モータ１７６（図１３）が、その駆動対象である旋回フレーム１７０Ａを、下部走行体１７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回させる。上部旋回体１７０に、ブーム１８２が取り付けられている。ブーム１８２は、油圧駆動されるブームシリンダ１９５により、上部旋回体１７０に対して上下方向に揺動する。ブーム１８２の先端に、アーム１８５が取り付けられている。アーム１８５は、油圧駆動されるアームシリンダ１９６により、ブーム１８２に対して前後方向に揺動する。アーム１８５の先端にバケット１
８６が取り付けられている。バケット１８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１９７により、アーム１８５に対して上下方向に揺動する。
８６が取り付けられている。バケット１８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ１９７により、アーム１８５に対して上下方向に揺動する。
蓄電装置１８０が、蓄電装置用マウント１９０及びダンパ（防振装置）１９１を介して、旋回フレーム１７０Ａに搭載されている。蓄電装置１８０は、例えばキャビン１７０Ｃの後方に配置される。カバー１７０Ｂが蓄電装置１８０を覆う。
旋回フレーム１７０Ａは、走行中及び作業中に、一般の運搬用車両に比べて大きく振動する。このため、旋回フレーム１７０Ａに搭載されている蓄電装置１８０が大きな衝撃を受けやすい。実施例１による蓄電モジュール６０が下部筐体１１０と上部筐体１１１内に強固に固定されるため、耐衝撃性を高めることができる。また、蓄電装置１８０に、上記実施例１による蓄電モジュールが用いられているため、セルユニット４０（図６）の積層作業の煩雑さを解消することができる。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
２０ 枠体
２０Ａ 低い領域
２０Ｂ 低い領域
２０ｘ ｘ方向部分
２０ｙ ｙ方向部分
２１ 伝熱板
２２ 凸部
２３ 開口部
２４ ねじ穴
２５ 保護板
２６ 支持壁
２８ 貫通孔
２９ 凹部
３０ 貫通孔
３１ 蓄電セル
３３ 電極タブ
３４ ねじ
４０ セルユニット
４３ 加圧板
４４ タイロッド
４５ 中継バスバー
４６ 絶縁碍子
４７ 切り込み
５０ 蓄電容器
５０Ａ、５０Ｂ ラミネートフィルム
５１ 正極集電体
５１Ａ 接続部
５２ 負極集電体
５２Ａ 接続部
５３ セパレータ
５４ ガス抜き孔
５５ ガス抜き弁
５６ 蓄電積層体
５７ 正極用の分極性電極
５８ 負極用の分極性電極
６０ 蓄電モジュール
６１ ねじ
１１０ 下部筐体
１１１ 上部筐体
１２０ 底面
１２１ 側面
１２３ 開口
１２４ コネクタボックス
１２７ 鍔
１２８ 貫通孔
１４０ 上面
１４１ 側面
１４２ 鍔
１４３ 貫通孔
１７０ 旋回体
１７０Ａ 旋回フレーム
１７０Ｂ カバー
１７０Ｃ キャビン
１７１ 走行装置
１７３ 旋回軸受け
１７４ エンジン
１７５ 油圧ポンプ
１７６ 電動モータ
１７７ 油タンク
１７８ 冷却ファン
１７９ 座席
１８０ 蓄電装置
１８１ トルク伝達機構
１８２ ブーム
１８３ 電動発電機
１８５ アーム
１８６ バケット
１９０ 蓄電装置用マウント
１９１ ダンパ
１９５ ブームシリンダ
１９６ アームシリンダ
１９７ バケットシリンダ
２０１〜２０５ ステップ
２０Ａ 低い領域
２０Ｂ 低い領域
２０ｘ ｘ方向部分
２０ｙ ｙ方向部分
２１ 伝熱板
２２ 凸部
２３ 開口部
２４ ねじ穴
２５ 保護板
２６ 支持壁
２８ 貫通孔
２９ 凹部
３０ 貫通孔
３１ 蓄電セル
３３ 電極タブ
３４ ねじ
４０ セルユニット
４３ 加圧板
４４ タイロッド
４５ 中継バスバー
４６ 絶縁碍子
４７ 切り込み
５０ 蓄電容器
５０Ａ、５０Ｂ ラミネートフィルム
５１ 正極集電体
５１Ａ 接続部
５２ 負極集電体
５２Ａ 接続部
５３ セパレータ
５４ ガス抜き孔
５５ ガス抜き弁
５６ 蓄電積層体
５７ 正極用の分極性電極
５８ 負極用の分極性電極
６０ 蓄電モジュール
６１ ねじ
１１０ 下部筐体
１１１ 上部筐体
１２０ 底面
１２１ 側面
１２３ 開口
１２４ コネクタボックス
１２７ 鍔
１２８ 貫通孔
１４０ 上面
１４１ 側面
１４２ 鍔
１４３ 貫通孔
１７０ 旋回体
１７０Ａ 旋回フレーム
１７０Ｂ カバー
１７０Ｃ キャビン
１７１ 走行装置
１７３ 旋回軸受け
１７４ エンジン
１７５ 油圧ポンプ
１７６ 電動モータ
１７７ 油タンク
１７８ 冷却ファン
１７９ 座席
１８０ 蓄電装置
１８１ トルク伝達機構
１８２ ブーム
１８３ 電動発電機
１８５ アーム
１８６ バケット
１９０ 蓄電装置用マウント
１９１ ダンパ
１９５ ブームシリンダ
１９６ アームシリンダ
１９７ バケットシリンダ
２０１〜２０５ ステップ
Claims (8)
- 積層された複数のセルユニットと、
前記セルユニットの積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記セルユニットの各々は、
蓄電セルと、
前記蓄電セルを支持する枠体と
を有し、
前記枠体は、
前記積層方向に隣り合う前記枠体の、前記積層方向に直交する方向に関する相対位置を拘束する位置決め部を有し、
前記位置決め部は、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体との相対位置を、前記積層方向に直交する方向に関して位置決めし、かつ前記加圧機構による加圧によって前記積層構造に圧縮力を印加した状態で、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体と間に、前記枠体同士が前記積層方向にさらに近づく向きのマージンを残す構造を有する蓄電モジュール。 - １つの前記枠体に、２つの前記蓄電セルが積層されて支持されている請求項１に記載の蓄電モジュール。
- 前記位置決め部は、前記枠体の、前記積層方向を向く２面の一方に形成された凹部、他方に形成された凸部、及び前記凹部の底面から前記凸部の上面に至る貫通孔を含み、
１つの前記枠体の前記凸部が、当該枠体に隣り合う他の前記枠体の前記凹部に挿入されており、
前記加圧機構は、複数の前記枠体の前記貫通孔を通過するタイロッドを含む請求項１または２に記載の蓄電モジュール。 - 積層された複数のセルユニットと、
前記セルユニットの積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記セルユニットの各々は、
蓄電セルと、
前記蓄電セルを支持する枠体と、
前記枠体に固定され、前記セルユニットを積層した状態で、前記蓄電セルに接触している伝熱板と
を有し、
前記枠体は、
前記積層方向に隣り合う前記枠体の、前記積層方向に直交する方向に関する相対位置を拘束する位置決め部を有し、
前記位置決め部は、前記積層方向に直交する方向に関して前記枠体同士を位置決めし、かつ前記加圧機構による加圧によって前記積層構造に圧縮力を印加した状態で、前記枠体同士が前記積層方向にさらに近づく向きのマージンを残す構造を有し、
さらに前記位置決め部は、前記セルユニットを積層した後、前記加圧機構で加圧する前に、前記複数の伝熱板の端面が一平面上に揃うように、前記積層方向と直交する方向への前記枠体のずれを許容する蓄電モジュール。 - 積層された複数のセルユニットと、
前記セルユニットの積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記セルユニットの各々は、
蓄電セルと、
前記蓄電セルを支持する枠体と
を有し、
前記枠体は、
前記積層方向に隣り合う前記枠体の、前記積層方向に直交する方向に関する相対位置を拘束する位置決め部を有し、
前記位置決め部は、前記積層方向に直交する方向に関して前記枠体同士を位置決めし、かつ前記加圧機構による加圧によって前記積層構造に圧縮力を印加した状態で、前記枠体同士が前記積層方向にさらに近づく向きのマージンを残す構造を有し、
前記蓄電セルの各々は、１対の電極タブを有し、
前記枠体は、相互に隣り合う蓄電セルの１つの電極タブ同士を重ねてねじ止めするねじ止め部を有する蓄電モジュール。 - 前記ねじ止め部は、前記枠体を前記積層方向に積層した状態で、前記枠体の外周側を向く面に配置されている請求項５に記載の蓄電モジュール。
- 蓄電セル、前記蓄電セルを支持する枠体、及び前記枠体に固定された伝熱板を含む複数のセルユニットを積層する工程と、
前記セルユニットを積層した後、前記伝熱板の端面が一平面上に揃うように、前記セルユニットの積層方向と直交する方向に関して前記セルユニットの位置を揃える工程と、
前記セルユニットの位置を揃えた後、相互に隣り合う前記蓄電セルの電極タブを前記枠体にねじ止めする工程と
を有する蓄電モジュールの製造方法。 - 蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールに蓄積された電力により駆動される電動機と
を有する作業機械であって、
前記蓄電モジュールは、
積層された複数のセルユニットと、
前記セルユニットの積層構造に、積層方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記セルユニットの各々は、
蓄電セルと、
前記蓄電セルを支持する枠体と
を有し、
前記枠体は、
前記積層方向に隣り合う前記枠体の、前記積層方向に直交する方向に関する相対位置を拘束する位置決め部を有し、
前記位置決め部は、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体との相対位置を、前記積層方向に直交する方向に関して位置決めし、かつ前記加圧機構による加圧によって前記積層構造に圧縮力を印加した状態で、１つの前記枠体と、当該枠体の両側に配置された他の２つの前記枠体と間に、前記枠体同士が前記積層方向にさらに近づく向きのマージンを残す構造を有する前記作業機械。
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