JP6132284B2

JP6132284B2 - スペーサ

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Publication number: JP6132284B2
Application number: JP2013113692A
Authority: JP
Inventors: 友輔小川
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: US10270076B2; US20160133904A1; EP3007247B1; WO2014192440A1; EP3007247A4; EP3007247A1; JP2014232679A

Description

本発明は、スペーサに関し、詳しくは、複数のモジュールを積み重ねて構成される装置における各モジュール間に配置されるスペーサに関する。

電気機器の内部には、種々の装置が組み込まれている。通常、これらの装置は、複数のモジュールが互いに積み重ねられて構成され、電気機器内に収容されている。
上記したようなモジュールは、単純に積み重ねたのでは安定性に欠けるので、一般的に、各モジュールの間にはスペーサが配置される。

ここで、電気機器に搭載される装置としては、例えば、バックアップ電源に使用される電池パック装置がある。この電池パック装置は、多数の汎用電池が並列又は直列に接続され所定の電圧及び容量を出力可能とした電池モジュールが、用途に合わせて複数個組み合わされることにより形成されている。この電池モジュールにおいて各汎用電池は、ケースに収容される、又は、一対のフレームの間に挟持されるような態様で固定されている。このような電池モジュールは、例えば、スペーサを介して積層され、電池パック装置に形成される（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１２／０７３４１５号

ところで、特許文献１の電池パック装置の場合、ケースとケースの間のスペーサは、それぞれ連結部材にねじ止めされている。この場合、部品点数が多く、ねじ止めにより組立工数も増えるので、生産効率が低い。
また、一対のフレームを用いる電池モジュールの場合、フレームにおけるスペーサと接する部分の形状が、一方の側のフレームと他方の側のフレームとで異なるものがある。この場合、それぞれのフレームに対応した形状のスペーサを準備しなければならず、部品の種類が増え、製造コストの増加を招く。

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、電池パック装置の製造において、部品の点数及び種類の低減が図れ、且つ、組み立て工数の削減も図れるスペーサを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、それぞれ板状をなす第１フレーム及び第２フレームと、前記第１フレームの板面及び前記第２フレームの板面の間に配設された複数の電池とを備えた電池モジュールを複数個重ねる際に、各電池モジュールの間に配設されるスペーサにおいて、角棒状をなし、その上面に設けられた上溝部と、その下面に設けられた下溝部とを備え、前記上溝部は、上側に位置する前記電池モジュールの第１フレームの下端縁を嵌合可能な形状の第１上溝と、上側に位置する前記電池モジュールの第２フレームの下端縁を嵌合可能な形状の第２上溝とを含み、前記下溝部は、下側に位置する前記電池モジュールの第１フレームの上端縁を嵌合可能な形状の第１下溝と、下側に位置する前記電池モジュールの第２フレームの上端縁を嵌合可能な形状の第２下溝とを含んでいることを特徴とするスペーサが提供される。

本発明のスペーサは、一つの部材の中に第１上溝、第２上溝、第１下溝及び第２下溝を備えている。本発明のスペーサの具体的な使い方としては、まず、同形状の本発明のスペーサを２本準備する。そして、一本のスペーサにおいては、第１フレームの下端縁を第１上溝に嵌合させ、第１フレームの上端縁を第１下溝に嵌合させる。もう一本のスペーサにおいては、第２フレームの下端縁を第２上溝に嵌合させ、第２フレームの上端縁を第２下溝に嵌合させる。このように、本発明のスペーサは、一種類のスペーサで、第１フレーム及び第２フレームの両方に対応が可能であり、部品点数を少なくすることができる。
また、本発明のスペーサは、第１フレーム及び第２フレームの各端縁を嵌合可能なので、個々に連結部材を介してねじ止めする必要がなく、組立工数を少なくすることができる。

また、前記電池モジュールは、設置されるべき位置への位置決めに用いられる位置決め用凸部を有しており、前記第１上溝、前記第２上溝、前記第１下溝及び前記第２下溝における前記位置決め用凸部に対応する部分には、前記位置決め用凸部を受入可能な受入凹部が設けられている態様とすることが好ましい。

この態様のスペーサによれば、電池モジュールに位置決め用凸部が形成されていても、スペーサの第１上溝、第２上溝、第１下溝及び第２下溝における前記位置決め用凸部に対応する部分には、この位置決め用凸部を受入可能な受入凹部が設けられているので、かかる位置決め用凸部が上溝又は下溝の溝底と局部的にぶつかりあうことは抑制され、電池モジュールを安定的に積み重ねることができ電池パック装置の組立が容易となる。

本発明によれば、電池パック装置の製造において、部品の点数及び種類の低減が図れ、且つ、組み立て工数の削減も図れるスペーサを提供することができる。

実施形態に係る電池パック装置を示した斜視図である。実施形態に係る電池パック装置を分解して示した斜視図である。図１中の矢印Ｂ方向に見た電池パック装置の側面図である。図１中の矢印Ｃ方向に見た電池パック装置の側面図である。図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。実施形態に係るスペーサを図２中の矢印Ｄ方向に見た状態を示した端面図である。実施形態に係るスペーサを図２中の矢印Ｅ方向に見た状態を示した上面図である。実施形態に係るスペーサを図２中の矢印Ｆ方向に見た状態を示した右側面図である。実施形態に係るスペーサを図２中の矢印Ｇ方向に見た状態を示した下面図である。実施形態に係るスペーサを図２中の矢印Ｈ方向に見た状態を示した左側面図である。

以下、本発明に係るスペーサ２を適用した電池パック装置４を、図面を参照して説明する。

図１に示したように、電池パック装置４は、２個の電池モジュール６，６が、角棒状のスペーサ２，２を介して積み重ねられて形成されている。なお、角棒状とは、横断面の形状が矩形状をなす長尺の棒状の形態をいう。

この電池パック装置４は、電気機器内の収容スペースに収容される。通常、収容スペースは、所定面積の床面と、この床面の所定位置に設けられた支柱と、この支柱に取り付けられた押さえ板を含んでいる。そして、電池パック装置４は、収容スペースの床面に載置され、押さえ板により上から押さえられて固定されている。

次いで、電池モジュール６の形態について以下に説明する。
電池モジュール６は、図２に示すように、複数の組電池８が第１フレーム１０及び第２フレーム１２の間に並べられ、これら第１フレーム１０及び第２フレーム１２に挟持されることにより形成されている。

組電池８は、汎用のＡＡサイズのニッケル水素二次電池（以下、単位電池という）が２個一組で並列に並べられ外装フィルムにより包み込まれることにより一体化されてなる。これら単位電池は、互いに正極端子側と負極端子側とが逆となるように並べられており、図示しないリードにより、一方の単位電池の負極端子と他方の単位電池の正極端子とが電気的に直列に接続されている。そして、一方の単位電池の正極端子及び他方の単位電池の負極端子は外装フィルムから露出している。このような組電池８は、１８個準備され、互いの胴部が接するように並べられて組電池８の集合体に形成されている。このとき、各組電池は、図２から明らかなように、矢印Ａ方向に傾いた状態で並べられている。そして、これら組電池８は、第１フレーム１０及び第２フレーム１２により挟持され固定されている。

第１フレーム１０は、図２において左側に位置しており、略長方形状をなす板状体である。この第１フレーム１０には、図２から明らかなように、組電池８側の内面１４に断面が略三角形状の押さえ突起１６が複数設けられている。この押さえ突起１６は、組電池８と組電池８との間の所定位置に位置付けられ、組電池８と接する部分が組電池８の外周縁の一部に沿う形状をなしており、これら組電池８が電池モジュール６の上下方向にずれることを抑える働きをなしている。更に、図２から明らかなように、第１フレーム１０の長手方向の両端近傍には、端部ストッパ１８が形成されている。この端部ストッパ１８は、組電池８の胴部の外周縁に合致した形状をなした枠であり、最端部に位置する組電池８が電池モジュール６の前後方向にずれることを抑える働きをなしている。

ついで、第２フレーム１２は、図２において右側に位置しており、略平行四辺形状をなす板状体である。この第２フレーム１２にも、第１フレーム１０と同様に、押さえ突起１６及び端部ストッパ１８が設けられている。この第２フレーム１２の押さえ突起１６は、第１フレーム１０の押さえ突起１６と同形状をなしており、第１フレーム１０の押さえ突起１６に対向する位置に位置付けられている。また、第２フレーム１２の端部ストッパ１８も、第１フレーム１０の端部ストッパ１８と同形状をなしており、第１フレーム１０の端部ストッパ１８に対向する位置に位置付けられている。

上記したような第１フレーム１０及び第２フレーム１２は、対向配置されることにより、お互いの押さえ突起１６及び端部ストッパ１８が相対する位置に位置付けられ、これにより、第１フレーム１０の押さえ突起１６及び端部ストッパ１８と、第２フレーム１２の押さえ突起１６及び端部ストッパ１８とは、協働して組電池８の位置決めを行う。

上記したように組電池８が所定位置に位置決めされた第１フレーム１０及び第２フレーム１２は、連結具２０により連結されている。この連結具２０は、長手方向に延びる中心貫通孔を有する中空の円筒部材２２と、この中心貫通孔に挿通されたボルト２４と、このボルトに螺合されたナット２６とからなる。この円筒部材２２は、上記した組電池８の長手方向の長さと略同じ長さであり、第１フレーム１０及び第２フレーム１２の所定位置に設けられたボルト挿通孔に対応する位置に配置される。上記したボルト２４は、第２フレーム１２側のボルト挿通孔側から、連結具２０の中心貫通孔を介して第１フレーム１０側の貫通孔に挿通される。そして、第１フレーム１０側のボルト挿通孔から突出したボルト２４の先端にはナット２６が螺合されている。これにより、第１フレーム１０及び第２フレーム１２が互いに近付く方向に付勢され各組電池８が挟持されて電池モジュール６が形成される。

ここで、第１フレーム１０及び第２フレーム１２の間に挟持され、所定位置に配置されている各組電池８は、第１フレーム１０又は第２フレーム１２に設けられたフレームリード（図示せず）により電気的に直列に接続されている。また、第２フレーム１２には、図２に示すようにコネクタ用切欠２８が設けられている。このコネクタ用切欠２８の部分の内部に雌コネクタ（図示せず）が配設されており、この雌コネクタには上記したフレームリード（図示せず）が電気的に接続されている。そして、この雌コネクタには、雄コネクタ（図示せず）が差し込まれ、コネクタ用切欠２８からは雄コネクタに接続されたリード線（図示せず）が引き出される。電池モジュール６においては、この雄コネクタ及びリード線を介して電気の入出力が行われる。

電池モジュール６は、上記したように、一方の側部に第１フレーム１０が、他方の側部に第２フレーム１２がそれぞれ位置付けられている。そして、この電池モジュール６を側面視した際、組電池８の集合体は、これら第１フレーム１０及び第２フレーム１２に隠れている（図３、図４参照）。つまり、これら第１フレーム１０及び第２フレーム１２は、組電池８の集合体よりも突出している。詳しくは、図５の断面図に表されているように、組電池８の断面において、胴部３０の上端を胴部上端３２、胴部３０の下端を胴部下端３４とした場合に、第１フレーム１０及び第２フレーム１２の上端縁３６，３８は胴部上端３２よりも上方へ僅かに突出し、第１フレーム１０及び第２フレーム１２の下端縁４０，４２は胴部下端３４よりも下方へ僅かに突出している。より詳しくは、第１フレーム１０は、その上端縁（以下、第１上端縁という）３６が組電池８の胴部上端３２よりも上側に突出し、その下端縁（以下、第１下端縁という）４０が組電池８の胴部下端３４よりも下側に突出している。また、第２フレーム１２は、その上端縁（以下、第２上端縁という）３８が組電池８の胴部上端３２よりも上側に突出し、その下端縁（以下、第２下端縁という）４２が組電池８の胴部下端３４よりも下側に突出している。

ここで、第１上端縁３６及び第２上端縁３８は、図３、図４から明らかなように、それぞれ、参照符号３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄで示された凹部を備えている。これら凹部は、収容スペース内の押さえ板に設けられた凸部を避けるために設けられている。

また、第１下端縁４０及び第２下端縁４２は、図３、図４から明らかなように、それぞれ、参照符号４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄで示された位置決め用凸部を備えている。これら位置決め用凸部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、収容スペースの床面の所定位置に設けられた凹部に嵌合され、最下部の電池モジュール６の位置決め、つまり、電池パック装置４の位置決めに利用される。

通常、上記した凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ、及び、位置決め用凸部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、第１上端縁３６、第１下端縁４０、第２上端縁３８及び第２下端縁４２によって、形成されている位置や大きさが異なる。このため、電池モジュール６を直接積み重ねると、互いに当接するフレームの上端縁と下端縁とは局部的にぶつかりあってしまい、安定的に積み重ねることは困難である。このため、電池モジュール６と電池モジュール６との間にはスペーサ２が配置されている。

スペーサ２は、図２に示すように、横断面が矩形状の長尺の角棒であり、長手方向に沿って延びる凹溝が上側に２本、下側に２本の合計４本設けられている。詳しくは、スペーサ２は、図６に示す端面図から明らかなように、図６中左側且つ上側に位置付けられた第１上溝４４と、図６中右側且つ上側に位置付けられた第２上溝４６と、図６中左側且つ下側に位置付けられた第１下溝４８と、図６中右側且つ下側に位置付けられた第２下溝５０と、第１上溝４４及び第１下溝４８の図６中左側に位置付けられた第１側壁４１と、第２上溝４６及び第２下溝５０の図６中右側に位置付けられた第２側壁４３と、第１上溝４４及び第２上溝４６を隔てる上側隔壁４５と、第１下溝４８及び第２下溝５０を隔てる下側隔壁４９とを備えている。

第１上溝４４は、図５に示すように、第１フレーム１０の第１下端縁４０を嵌合可能である。
第２上溝４６は、図５に示すように、第２フレーム１２の第２下端縁４２を嵌合可能である。
第１下溝４８は、図５に示すように、第１フレーム１０の第１上端縁３６を嵌合可能である。
第２下溝５０は、図５に示すように、第２フレーム１２の第２上端縁３８を嵌合可能である。

スペーサ２においては、図７に示す上面図から明らかなように、第１上溝４４及び第２上溝４６が設けられている上側の所定位置に、受入凹部５２，５４，５６，５８が設けられている。詳しくは、これら受入凹部５２，５４，５６，５８は、それぞれ対応する、第１フレーム１０の第１下端縁４０に設けられた位置決め用凸部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ及び第２フレーム１２の第２下端縁４２に設けられた位置決め用凸部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄにそれぞれ対応する凹部形成位置に設けられている。この凹部形成位置においては、第１上溝４４の溝底４４ａ及び第２上溝４６の溝底４６ａが裏側に向かって位置決め用凸部の高さ分に相当する所定深さだけ掘り下げられ、凹みに形成されているとともに、かかる凹部形成位置に含まれる上側隔壁４５が除去され、この上側隔壁４５の部分も所定深さだけ掘り下げられ、凹みに形成されている。これら受入凹部５２，５４，５６，５８は、図７から明らかなように平面視形状が矩形状をなしている。ここで、受入凹部５２には位置決め用凸部４０ａ，４２ａが、受入凹部５４には位置決め用凸部４０ｂ，４２ｂが、受入凹部５６には位置決め用凸部４０ｃ，４２ｃが、受入凹部５８には位置決め用凸部４０ｄ，４２ｄが、それぞれ受け入れられる。

次に、スペーサ２の右側面を表した図８から明らかなように、スペーサ２には、右側壁４３、上側隔壁４５、下側隔壁４９及び左側壁４１の所定位置を貫く切欠が設けられている。具体的には、参照符号６０，６２，６４，６６，６８，７０で示される半円形状の半円切欠と、参照符号７２で示される矩形状の矩形切欠とが設けられている。これら半円切欠は、上記したボルト２４又はナット２６に対応した位置に位置付けられており、かかるボルト２４及びナット２６を避けるために設けられている。また、矩形切欠７２は、上記したコネクタ用切欠２８に対応した位置に位置付けられており、かかるコネクタ用切欠２８を避けるために設けられている。

次に、スペーサ２の下面を表した図９から明らかなように、スペーサ２の下面側には、第１下溝４８及び第２下溝５０が平行に延びており、上面側の受入凹部５２，５４，５６，５８に相当する凹部は設けられていない。ここで、参照符号４８ａは、第１下溝４８の溝底を示し、参照符号５０ａは第２下溝５０の溝底を示している。

次に、スペーサ２の左側面を表した図１０から明らかなように、第１側壁４１には、側部切欠７４，７６が設けられている。この側部切欠７４，７６は、第１側壁４１における上記した支柱に対応する部分が、スペーサ２の上下方向に除去されて形成されている。

スペーサ２は、同形状のものが２個一組で用いられる。例えば、２個の電池モジュール６を積み重ねる場合、図５に示すように、上側の電池モジュール６と下側の電池モジュール６との間において、第１フレーム１０側（図５中左側）と第２フレーム１２側（図５中右側）とにそれぞれスペーサ２，２が配設される。そして、上側の電池モジュール６の第１フレーム１０の第１下端縁４０は、スペーサ２の第１上溝４４に嵌合され、下側の電池モジュール６の第１フレーム１０の第１上端縁３６は、スペーサ２の第１下溝４８に嵌合される。一方、上側の電池モジュール６の第２フレーム１２の第２下端縁４２は、スペーサ２の第２上溝４６に嵌合され、下側の電池モジュール６の第２フレーム１２の第２上端縁３８は、スペーサ２の第２下溝５０に嵌合される。

このとき、スペーサ２の第１上溝４４及び第２上溝４６が存在するスペーサ２の上側の受入凹部５２，５４，５６，５８に、第１フレーム１０の第１下端縁４０に設けられた位置決め用凸部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ及び第２フレーム１２の第２下端縁４６に設けられた位置決め用凸部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが受け入れられ、これら位置決め用凸部が溝底４４ａ，４６ａと局部的にぶつかりあうことは防止される。また、第１フレーム１０の第１上端縁３６及び第２フレーム１２の第２上端縁３８は、上記したように、それぞれ、凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄが存在するだけで、スペーサ２における第１下溝４８及び第２下溝５０の溝底４８ａ，５０ａと局部的にぶつかりあうことはない。また、図３及び図４に示すように、スペーサ２に設けられた半円切欠６０，６２，６４，６６，６８，７０は、ボルト２４及びナット２６を避けている。これにより、ボルト２４又はナット２４とスペーサ２がぶつかりあうことはない。また、矩形切欠７２は、コネクタ用切欠２８を避けている。これにより、矩形切欠７２とコネクタ用切欠２８は、互いに連通し、コネクタの挿抜又はコネクタのリード線の引き出しを阻害することが有効に防止される。

以上のように、電池モジュール６，６は、スペーサ２，２が介在することにより、安定した状態で積み重ねることができ、電池パック装置４に形成される。得られた電池パック装置４は、電気機器内の収容スペースに収容される。このとき、収容スペースの床面に設けられた位置決め孔に、下側の電池モジュール６における第１フレーム１０の下端縁４０及び第２フレーム１２の下端縁４２の位置決め用凸部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄが嵌め込まれる。そして、床面に設けられた支柱に取り付けられた押さえ板により、上側の電池モジュール６が上から押さえられて固定される。このようにして、電池パック装置４は、電気機器内に収容される。

本発明に係るスペーサ２は、１種類で、第１フレーム１０の第１下端縁４０及び第１上端縁３６と、第２フレーム１２の第２下端縁４２及び第２上端縁３８とに対応可能であり、フレームの上側と下側とで形状の異なる電池モジュールを簡単に積層することができ、しかも、部品点数の削減にも貢献する。

ここで、電気機器の収容スペースの床面積をより大きく確保できる場合は、電池パック装置４はより多く搭載することができる。例えば、収容スペースが、幅４５０ｍｍ、奥行き４６０ｍｍ、高さ９３．５ｍｍの場合、電池パック装置４は、６個搭載が可能である。本発明の場合、容易に電池モジュール６を２段に重ねることができるので、１段の場合に比べ２倍の容量の電源を容易に構成することができる。

また、本実施形態では、２つの電池モジュール６，６を二段に重ねる態様について説明したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。本発明に係るスペーサ２は、電池モジュール６を二段以上の多段積層することにも対応することができる。

２スペーサ
４電池パック装置
６電池モジュール
８組電池
１０第１フレーム
１２第２フレーム
３６第１上端縁
３８第２上端縁
４０第１下端縁
４２第２下端縁
４０ａ〜４０ｄ位置決め用凸部
４２ａ〜４２ｄ位置決め用凸部
４４第１上溝
４６第２上溝
４８第１下溝
５０第２下溝
５２，５４，５６，５８受入凹部

Claims

それぞれ板状をなす第１フレーム及び第２フレームと、前記第１フレームの板面及び前記第２フレームの板面の間に配設された複数の電池とを備えた電池モジュールであって、前記第１フレームが、前記電池モジュールの一方の側部に配置され、前記複数の電池よりも突出した上端縁及び下端縁を有し、前記第２フレームが、前記第１フレームとは反対側の前記電池モジュールの他方の側部に配置され、前記複数の電池よりも突出した上端縁及び下端縁を有し、前記第１フレームの上端縁及び下端縁の形状と前記第２フレームの上端縁及び下端縁の形状とがそれぞれ異なっている、電池モジュールを複数個重ねる際に、下側に位置する前記電池モジュールの前記第１フレームの上方に上側に位置する前記電池モジュールの前記第１フレームが位置付けられ、下側に位置する前記電池モジュールの前記第２フレームの上方に上側に位置する前記電池モジュールの前記第２フレームが位置付けられるように配置された各電池モジュールの間に配設されるスペーサにおいて、
角棒状をなし、その上面に設けられた上溝部と、その下面に設けられた下溝部とを備え、
前記上溝部は、上側に位置する前記電池モジュールの第１フレームの下端縁を嵌合可能な形状の第１上溝と、上側に位置する前記電池モジュールの第２フレームの下端縁を嵌合可能な形状の第２上溝とを含み、
前記下溝部は、下側に位置する前記電池モジュールの第１フレームの上端縁を嵌合可能な形状の第１下溝と、下側に位置する前記電池モジュールの第２フレームの上端縁を嵌合可能な形状の第２下溝とを含んでおり、
上側に位置する前記電池モジュールの前記第１フレームの下端縁を前記第１上溝に嵌合させ、下側に位置する前記電池モジュールの前記第１フレームの上端縁を前記第１下溝に嵌合させ、上側に位置する前記電池モジュールの前記第２フレームの下端縁を前記第２上溝に嵌合させ、下側に位置する前記電池モジュールの前記第２フレームの上端縁を前記第２下溝に嵌合させる、
ことを特徴とするスペーサ。
前記電池モジュールは、設置されるべき位置への位置決めに用いられる位置決め用凸部を有しており、
前記第１上溝、前記第２上溝、前記第１下溝及び前記第２下溝における前記位置決め用凸部に対応する部分には、前記位置決め用凸部を受入可能な受入凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスペーサ。