JP7024526B2

JP7024526B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP7024526B2
Application number: JP2018049051A
Authority: JP
Inventors: 貴瑛石川; 雄一郎山本
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: JP2019160715A

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

蓄電装置は、一般に複数の蓄電素子からなる蓄電素子群を有し、蓄電素子群の配置および保持の態様によってコンプレッション型またはコンプレッションレス型に分類される。コンプレッション型の蓄電装置は、各蓄電素子間に電気絶縁用のスペーサを配置し、エンドプレートと称される板金部材で蓄電素子群を挟み込むとともにバンドなどを用いて加圧拘束したものである。例えば、特許文献１では、外装体内に収容される蓄電素子群を加圧拘束するために結束バンドのような梁部材を設けている。

コンプレッション型の蓄電装置は、スペーサ、エンドプレート、およびバンドなどの蓄電素子を保持する部材が必要であるためにサイズが全体として大きくなり易く、蓄電装置の体積エネルギー密度が低下する傾向にある。これに対し、コンプレッションレス型の蓄電装置は、絶縁シートなどで絶縁された複数の蓄電素子からなる蓄電素子群を外装体内に収容するため、スペーサ、エンドプレート、およびバンドなどの部材を要しない。従って、蓄電装置内にて蓄電素子の大きさを最大限確保できるため、蓄電装置の体積エネルギー密度を大きくすることができる。

特開２０１７－１５２４１２号公報

蓄電装置は蓄電素子群を加圧拘束することによって安定した性能を発揮できることが知られている。しかし、蓄電素子は、製造公差上のばらつき、および、経年使用による膨張等によって、それぞれ僅かに異なるサイズとなることが多い。そのため、異なる蓄電素子群のサイズに応じた加圧拘束を行う必要がある。コンプレッション型の蓄電装置ではエンドプレートおよびバンドなどによって蓄電素子群を加圧拘束できるが、コンプレッションレス型の蓄電装置ではこれらが設けられていないため、容易に加圧拘束できない。従って、コンプレッションレス型の蓄電装置では、蓄電素子群を加圧拘束するための代替的な構造を設ける必要がある。

本発明は、バンドのような拘束部材を使用せずに安定した電池性能を確保できる加圧拘束を可能にするコンプレッションレス型の蓄電装置を提供することを課題とする。

本発明は、複数の蓄電素子が並び方向に配列された蓄電素子群と、前記蓄電素子群を収容し、前記並び方向に平行な対向する第１側壁および前記並び方向と交差する方向に対向する第２側壁を有する外装体と、前記第２側壁の内面から突出し第１の幅を有する基端部、および、前記基端部の頂面から突出し前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する先端部を有する段付きリブとを備える、蓄電装置を提供する。

この構成によれば、段付きリブの基端部が外装体の第２側壁を補強し、段付きリブの先端部が蓄電素子群を加圧拘束する。蓄電素子群を外装体に収容した際、段付きリブは蓄電素子群によって押圧されることで潰され得る。潰される態様として、基端部よりも先端部が細いため、基端部は潰れずに先端部が潰れることとなる。その結果、外装体に収容する蓄電素子群のサイズが一定でなくとも、先端部の潰れ具合によって外装体の内容積が蓄電素子群に応じて適切に変化する。よって、蓄電素子群が隙間なく外装体に収容されるため、バンドのような拘束部材を使用せずに安定した電池性能を確保できる程度に蓄電素子群を加圧拘束できる。また、基端部の形状は維持されるため、外装体の強度は確保できる。さらに、補強用の基端部と、加圧拘束用の先端部とを別個に形成するのではなく一体に形成しているため、省スペース化も実現できる。

前記外装体は、前記第１側壁および前記第２側壁に接続された底壁をさらに有し、前記基端部と前記先端部は、ともに前記底壁に接続されていてもよい。

この構成によれば、段付きリブが底壁に接続されているため、外装体の強度を向上できる。また、樹脂成型で外装体を設計する際にも金型設計が容易となり、即ち成型後の外装体を金型から容易に抜くことができる。

前記先端部の突出量は、前記底壁から離れるにつれて漸減していてもよい。

この構成によれば、外装体の上部ほど先端部の突出量が少ないため、外装体内に広い空間を確保できる。外装体の上部には電装部品等が配置されるため、上記構成によって電装部品等の配置スペースを広く確保できる。

前記先端部の最大突出量は、０．１ｍｍ以上であってもよい。

この構成によれば、蓄電素子の製造公差上のばらつき、および、経年使用による蓄電素子の膨張等のサイズ変化に対応することができる。即ち、先端部の突出量を０．１ｍｍ以上にすることで、先端部の潰れを確実に実現でき、潰れ具合によってこれらのサイズ変化に対応できる。

前記第１の幅は、前記第２の幅に比べて２倍以上であってもよい。

この構成によれば、段付きリブが蓄電素子によって押圧されても、補強用の基端部の形状は維持され、加圧拘束用の先端部のみが潰されることができる。従って、外装体の強度を維持するとともに、蓄電素子群を加圧拘束できる。

本発明によれば、コンプレッションレス型の蓄電装置において、バンドのような拘束部材を使用せずに安定した電池性能を確保できる加圧拘束を可能にしている。

本発明の一実施形態に係る蓄電装置の斜視図蓄電装置の分解斜視図外装体の斜視図外装体の一部を切り欠いた斜視図図４の円内に示す部分の拡大図段付きリブの模式的な側面図図６のVII-VII線に沿った段付きリブの模式的な断面図図７の段付きリブの潰れ方を示す模式的な断面図第１変形例の蓄電装置における外装体の段付きリブの模式的な側面図第２変形例の蓄電装置における外装体の段付きリブの模式的な断面図第３変形例の蓄電装置における外装体の段付きリブの模式的な断面図

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置１の斜視図である。

蓄電装置１は、合成樹脂製のケース１０および蓋体２０からなる概ね直方体形状の外装体５を有している。蓋体２０はケース１０の蓋として機能し、その上部には電極端子２１が取り付けられている。蓄電装置１は、電極端子２１を介して他の電気要素と電気的に接続され、電池として機能する。

ケース１０は、底壁１１と、底壁１１から立ち上がり対向する２つの第１側壁１２と、同じく底壁１１から立ち上がり第１側壁１２と直交して対向する２つの第２側壁１３とを有する。即ち、ケース１０は、上方に開口した箱型である。

図２を参照すると、外装体５内には、蓄電素子群３０と、電装部品４０と、均圧プレート５０とが収容されている。

蓄電素子群３０は、所定の並び方向に並べて配置された複数の蓄電素子３１と、蓄電素子３１を被覆する絶縁シート３２とを備え、短側面３０ａと長側面３０ｂとを有する概ね直方体形状である。各蓄電素子３１もまた短側面３１ａと長側面３１ｂとを有する概ね直方体形状である。本実施形態では、各蓄電素子３１は全て同じ形状であり、並び方向の両端の蓄電素子３１の長側面３１ｂが蓄電素子群３０の短側面３０ａを構成し、蓄電素子３１の短側面３１ａが面一に並べられて蓄電素子群３０の長側面３０ｂを構成する。以降、蓄電素子３１の並び方向をＸ方向とも称する。また、蓄電装置１の高さ方向をＺ方向とも称し、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とも称する。この規定によれば、第１側壁１２は、Ｘ方向およびＺ方向に平行に配置され、第２側壁１３はＹ方向およびＺ方向に平行に配置されている。

電装部品４０は、蓄電素子群３０の上方に配置され、ケース１０内に収容される。電装部品４０は、基板４１上に様々な電子部品が配置されてなる。平面視において、基板４１は矩形状であり、ケース１０に固定されている。詳細には、基板４１の縁部に配置されたピン穴４１ａにケース１０のピン１２ａ（図３参照）が挿入されることで基板４１がケース１０に対して位置決めされている。

蓄電素子群３０のＸ方向両側には、均圧プレート５０が配置されている。均圧プレート５０は、薄い金属板であり、ケース１０内に蓄電素子群３０を収容した際に蓄電素子群３０の短側面３０ａに当接し、蓄電素子群３０がケース１０から受ける部分的な押圧力を蓄電素子群３０の短側面３０ａ全体に広げて均圧化する機能を有している。そのため、均圧プレート５０は、蓄電素子群３０の短側面３０ａと同程度の大きさを有する。なお、均圧プレート５０は、必要に応じて省略されてもよい。

図３を参照すると、第１側壁１２の内面からは、補強リブ１２ｂがＹ方向（ケース１０の内側）へ突出している。補強リブ１２ｂのＹ方向の突出量は、蓄電素子群３０をケース１０内に収容した際に蓄電素子群３０の長側面３０ｂと干渉しない程度である。また、補強リブ１２ｂは、Ｚ方向に延び、Ｘ方向に複数並んで設けられている。各補強リブ１２ｂの一端は底壁１１に接続され、他端はケース１０内にて終端している。一部の補強リブ１２ｂの他端には、基板４１のピン穴４１ａに挿入されるピン１２ａが設けられている。これにより、電装部品４０を蓄電素子群３０の上方にてケース１０内に収容できる。

図４は、ケース１０の一部を切り欠いた斜視図である。また、図５は、図４の円内に示す部分の拡大図である。

第２側壁１３の内面からは、段付きリブ１３ａがＸ方向（ケース１０の内側）へ突出している。段付きリブ１３ａのＸ方向の突出量は、蓄電素子群３０等をケース１０内に収容した際に均圧プレート５０と僅かに干渉する程度である。また、段付きリブ１３ａは、Ｚ方向に延び、Ｙ方向に複数並んで設けられている。各段付きリブ１３ａの一端は底壁１１に接続され、詳細には基端部１３ｂと先端部１３ｃの一端がともに底壁１１に接続され、他端がケース１０内で補強リブ１２ｂと同じ高さとなるように終端している。

図６は、段付きリブ１３ａの模式的な側面図である。

基端部１３ｂの突出量は、底壁１１からＺ方向の上端にわたって一定であり、基端部１３ｂからの先端部１３ｃの突出量Ｄは、底壁１１から離れるにつれて漸減している。本実施形態では、段付きリブ１３ａの上端において突出量Ｄはゼロとなっている。

好ましくは、先端部１３ｃの最大突出量Ｄｍａｘは、０．１ｍｍ以上である。本実施形態では、先端部１３ｃの最大突出位置は底壁１１との接続部分であり、当該位置での最大突出量Ｄｍａｘは例えば０．２ｍｍである。

図７は、図６のVII-VII線に沿った段付きリブ１３ａの模式的な断面図である。また、図８は、図７の段付きリブ１３ａの潰れ方を示す模式的な断面図である。即ち、図７はケース１０に蓄電素子群３０を収容する前の状態を示し、図８はケース１０に蓄電素子群３０を収容した後の状態を示している。

段付きリブ１３ａは、第２側壁１３の内面から突出し第１の幅ｄ１を有する基端部１３ｂ、および、基端部１３ｂの頂面Ｓから突出し第１の幅ｄ１よりも狭い第２の幅ｄ２を有する先端部１３ｃを有する。本実施形態では、平面視において、基端部１３ｂは矩形状であり、先端部１３ｃは端部に丸みを有する矩形状である。このような段付きリブ１３ａによって、図７に示す状態から段付きリブ１３ａが均圧プレート５０を介して蓄電素子群３０によって押圧されても、図８に示すように補強用の基端部１３ｂの形状は維持され、加圧拘束用の先端部１３ｃのみが潰される。

好ましくは、第１の幅ｄ１は、第２の幅ｄ２に比べて２倍以上である。本実施形態では、第１の幅ｄ１は、第２の幅ｄ２に比べて約２倍である。なお、段付きリブ１３ａの形状として様々な形状が考えられるが、第１の幅ｄ１が第２の幅ｄ２よりも大きいような段差を有する形状であれば任意の形状を段付きリブ１３ａの形状として採用し得る。

本実施形態の蓄電装置１によれば、以下のような利点がある。

段付きリブ１３ａの基端部１３ｂがケース１０の第２側壁１３を補強し、段付きリブ１３ａの先端部１３ｃが蓄電素子群３０をＸ方向に均圧プレート５０を介して加圧拘束する。蓄電素子群３０をケース１０に収容した際、段付きリブ１３ａは均圧プレート５０を介して蓄電素子群３０によって押圧されることで潰され得る。潰される態様として、基端部１３ｂよりも先端部１３ｃが細いため、基端部１３ｂは潰れずに先端部１３ｃが潰れることとなる。その結果、ケース１０に収容する蓄電素子群３０のサイズが一定でなくとも、先端部１３ｃの潰れ具合によってケース１０の内容積が蓄電素子群３０に応じて適切に変化する。よって、蓄電素子群３０が隙間なくケース１０に収容されるため、バンドのような拘束部材を使用せずに安定した電池性能を確保できる程度に蓄電素子群３０を加圧拘束できる。また、基端部１３ｂの形状は維持されるため、ケース１０の強度は確保できる。さらに、補強用の基端部１３ｂと、加圧拘束用の先端部１３ｃとを別個に形成するのではなく一体に形成しているため、省スペース化も実現できる。

段付きリブ１３ａが底壁１１に接続されているため、ケース１０の強度を向上できる。また、樹脂成型でケース１０を設計する際にも金型設計が容易となり、即ち成型後のケース１０を金型から容易に抜くことができる。

ケース１０の上部ほど先端部１３ｃの突出量Ｄが少ないため、ケース１０内に広い空間を確保できる。ケース１０の上部には電装部品４０が配置されるため、上記構成によって電装部品４０の配置スペースを広く確保できる。

先端部１３ｃの突出量Ｄを０．１ｍｍ以上（本実施形態では、０．２ｍｍ）にしていることで、先端部１３ｃの潰れを確実に実現でき、潰れ具合によってこれらのサイズ変化に対応できる。

段付きリブ１３ａが蓄電素子３１によって押圧されても、補強用の基端部１３ｂの形状は維持され、加圧拘束用の先端部１３ｃのみが潰されることができる。従って、ケース１０の強度を維持するとともに、蓄電素子群３０を加圧拘束できる。

図９は、第１変形例の蓄電装置１におけるケース１０の段付きリブ１３ａの模式的な側面図を示している。

本変形例に示すように、段付きリブ１３ａの先端部１３ｃは、下端において底壁に接続されておらず、突出量もゼロとなっており、Ｚ方向における段付きリブ１３ａの中央部において最も突出し、上端においても突出量がゼロとなっている。即ち、先端部１３ｃは、Ｘ方向において、ケース１０の内側へ向かって弓なりに突出している。

このように、先端部１３ｃは、底壁１１に接続されていなくてもよい。さらに言えば、基端部１３ｂも底壁に接続されることは必須ではない。また、先端部１３ｃの基端部１３ｂからの突出形状は、図６および図９に示す以外にも任意の形状であり得る。

図１０は、第２変形例の蓄電装置１におけるケース１０の段付きリブ１３ａの模式的な断面図を示している。

本変形例に示すように、段付きリブ１３ａの基端部１３ｂは、Ｘ方向（ケース１０の内側）に先細る台形状であってもよい。このように、基端部１３ｂの形状は特に限定されず、任意の形状であり得る。

図１１は、第３変形例の蓄電装置１におけるケース１０の段付きリブ１３ａの模式的な断面図を示している。

本変形例に示すように、段付きリブ１３ａの先端部１３ｃは、Ｘ方向（ケース１０の内側）に尖った形状であってもよい。このように、先端部１３ｃの形状も特に限定されず、任意の形状であり得る。

第２変形例および第３変形例に示すように、段差を有する形状あれば、任意の形状を段付きリブ１３ａの形状として採用し得る。

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。本実施形態では、Ｙ方向としてＸ方向に直交する方向を規定したが、Ｙ方向はＸ方向と単に交差する方向であってもよい。即ち、外装体５は、平面視において長方形以外の平行四辺形の外形であってもよい。また、段付きリブ１３ａの段数は、特に限定されず、例えば３段以上であってもよい。

１蓄電装置
５外装体
１０ケース
１１底壁
１２第１側壁
１２ａピン
１２ｂ補強リブ
１３第２側壁
１３ａ段付きリブ
１３ｂ基端部
１３ｃ先端部
２０蓋体
２１電極端子
３０蓄電素子群
３０ａ短側面
３０ｂ長側面
３１蓄電素子
３１ａ短側面
３１ｂ長側面
３２絶縁シート
４０電装部品
４１基板
４１ａピン穴
５０均圧プレート

Claims

複数の蓄電素子が並び方向に配列された蓄電素子群と、
前記蓄電素子群を収容し、前記並び方向に平行な対向する第１側壁および前記並び方向と交差する方向に対向する第２側壁を有する外装体と、
前記第２側壁の内面から突出し第１の幅を有する基端部、および、前記基端部の頂面から突出し前記第１の幅よりも狭い第２の幅を有する先端部を有する段付きリブと
を備える、蓄電装置。
前記外装体は、前記第１側壁および前記第２側壁に接続された底壁をさらに有し、
前記基端部と前記先端部は、ともに前記底壁に接続されている、請求項１に記載の蓄電装置。
前記外装体は、前記第１側壁および前記第２側壁に接続された底壁をさらに有し、
前記先端部の突出量は、前記底壁から離れるにつれて漸減している、請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
前記先端部の最大突出量は、０．１ｍｍ以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記第１の幅は、前記第２の幅に比べて２倍以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。