JP7567682B2

JP7567682B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP7567682B2
Application number: JP2021104014A
Authority: JP
Inventors: 直也河本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2024-10-16
Anticipated expiration: 2041-06-23
Also published as: JP2023003072A; US20220416354A1; US12341213B2; DE102022114916A1; CN115513594A

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

例えば、特開２０２０－１８７８５３号公報には、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルと、一方向における蓄電セルの両側に配置された一対のエンドプレートと、複数の蓄電セルを収容する筐体と、複数の蓄電セル間に配置された中間プレートと、一方向における一対のエンドプレートの両側から複数の蓄電セルを拘束する拘束バンドと、を備える蓄電装置が開示されている。

特開２０２０－１８７８５３号公報

特開２０２０－１８７８５３号公報に記載されるような蓄電装置は、エンドプレートと中間プレートとを適切に位置決めすることが求められる。一方、このような蓄電装置においては、各蓄電セルの厚みや膨張率のばらつき等が存在するため、各蓄電セルに作用する面圧が不均一になる懸念がある。

本開示の目的は、エンドプレートと中間プレートとを位置決めしつつ、各蓄電セルに作用する面圧が不均一になるのを抑制可能な蓄電装置を提供することである。

本開示の一局面に従った蓄電装置は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む蓄電スタックと、前記一方向における前記蓄電スタックの両側に配置された一対のエンドプレートと、前記一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向における前記蓄電スタックの両側に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する一対のサイドカバーと、前記蓄電スタックの上方に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する上側拘束部材と、前記蓄電スタックの下方に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する下側拘束部材と、を備え、前記蓄電スタックは、前記複数の蓄電セルのうちの一部の蓄電セルを含む第１スタックと、前記複数の蓄電セルのうちの残部の蓄電セルを含む第２スタックと、前記第１スタックと前記第２スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、前記一対のサイドカバーの各々は、前記中間プレートに係合する中間係合部と、前記一対のエンドプレートの各々に側方から係合するサイド端部係合部と、を有し、前記上側拘束部材は、当該上側拘束部材に対する前記中間プレートの前記一方向における相対移動を許容しつつ前記蓄電スタックを拘束しており、前記下側拘束部材は、当該下側拘束部材に対する前記中間プレートの前記一方向における相対移動を許容しつつ前記蓄電スタックを拘束している。

本開示によれば、エンドプレートと中間プレートとを位置決めしつつ、各蓄電セルに作用する面圧が不均一になるのを抑制可能な蓄電装置を提供することができる。

本開示の一実施形態の蓄電装置の斜視図である。蓄電装置の分解斜視図である。

本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、本開示の一実施形態の蓄電装置の斜視図である。図２は、蓄電装置の分解斜視図である。この蓄電装置１０は、例えば、車両に搭載される。

図１及び図２に示されるように、蓄電装置１０は、蓄電スタック１００と、一対のエンドプレート２００と、一対のサイドカバー３１０と、一対のサイド絶縁部材３２０と、上側拘束部材４１０と、上側絶縁部材４２０と、下側拘束部材５１０と、バスバーモジュール６１０と、バスバーモジュールカバー６２０と、を備えている。

蓄電スタック１００は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セル１１０を含んでいる。本実施形態では、蓄電スタック１００は、２４個の蓄電セル１１０を含んでいる。ただし、蓄電セル１１０の数は、これに限られない。各蓄電セル１１０として、例えば、リチウムイオン電池が挙げられる。各蓄電セル１１０は、ケース１１２と、一対の外部端子１１４と、を有している。

ケース１１２は、電極等（図示略）を収容している。ケース１１２は、直方体形状に形成されている。ケース１１２は、扁平に形成されている。複数の蓄電セル１１０は、各ケース１１２の厚み方向に並ぶように配置されている。ケース１１２は、例えば、金属からなる。

各外部端子１１４は、ケース１１２の上面から突出している。一対の外部端子１１４の一方は、正極端子であり、他方は、負極端子である。

蓄電スタック１００は、第１スタック１０１と、第２スタック１０２と、中間プレート１３０と、を有している。

第１スタック１０１は、複数の蓄電セル１１０のうちの一部の蓄電セル１１０を含んでいる。第１スタック１０１は、複数の蓄電セル１１０のうち一方向における一方側に配置された複数の蓄電セル１１０を含んでいる。本実施形態では、第１スタック１０１は、１２個の蓄電セル１１０を含んでいる。

第２スタック１０２は、複数の蓄電セル１１０のうちの残部の蓄電セル１１０を含んでいる。第２スタック１０２は、複数の蓄電セル１１０のうち一方向における他方側に配置された複数の蓄電セル１１０を含んでいる。本実施形態では、第２スタック１０２は、１２個の蓄電セル１１０を含んでいる。

中間プレート１３０は、第１スタック１０１と第２スタック１０２との間に配置されている。中間プレート１３０は、絶縁材料（合成樹脂等）からなる。

図２に示されるように、第１スタック１０１及び第２スタック１０２は、複数の弾性体１２０を含んでいる。各弾性体１２０は、薄膜状ないしシート状で、かつ、矩形状に形成されている。各弾性体１２０は、一方向における各蓄電セル１１０の両側に配置されている。本実施形態では、第１スタック１０１及び第２スタック１０２は、それぞれ１３枚の弾性体１２０を有している。

一対のエンドプレート２００は、一方向における蓄電スタック１００の両側に配置されている。つまり、一対のエンドプレート２００の一方は、一方向における第１スタック１０１の外側に配置されており、一対のエンドプレート２００の他方は、一方向における第２スタック１０２の外側に配置されている。各エンドプレート２００は、例えば金属等からなる。

一対のサイドカバー３１０は、一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向における蓄電スタック１００の両側に配置されている。各サイドカバー３１０は、蓄電スタック１００の側部を被覆している。各サイドカバー３１０は、金属等からなる。各サイドカバー３１０は、カバー本体３１１と、中間係合部３１２と、一対のサイド端部係合部３１４と、を有している。

カバー本体３１１は、一方向における蓄電スタック１００の一端部から他端部に至るように延びる形状を有している。カバー本体３１１は、平板状に形成されている。

中間係合部３１２は、中間プレート１３０に側方から係合する部位である。中間係合部３１２は、一方向におけるカバー本体３１１の中央部に形成されている。中間係合部３１２は、カバー本体３１１の内側面の中央部から中間プレート１３０に向かって突出するとともに上下方向に延びる形状を有している。

図２に示されるように、中間プレート１３０の側部（直交方向における端部）には、中間係合部３１２に嵌合する凹部１３２が形成されている。

各サイド端部係合部３１４は、エンドプレート２００に側方から係合する部位である。各サイド端部係合部３１４は、一方向におけるカバー本体３１１の端部に形成されている。サイド端部係合部３１４は、カバー本体３１１の内側面の端部からエンドプレート２００に向かって突出するとともに上下方向に延びる形状を有している。

図２に示されるように、エンドプレート２００の側部には、サイド端部係合部３１４に嵌合する側部凹部２０２が形成されている。

各サイド絶縁部材３２０は、絶縁部材からなり、蓄電スタック１００とサイドカバー３１０との間に配置されている。本実施形態では、各サイド絶縁部材３２０は、合成樹脂からなる柔軟なシートで構成されている。サイド絶縁部材３２０は、中間係合部３１２を挿通させる挿通部３２２を有している。本実施形態では、各サイド絶縁部材３２０は、第１スタック１０１の側方に配置された第１サイド絶縁部材と、第２スタック１０２の側方に配置された第２サイド絶縁部材と、からなる。第１サイド絶縁部材及び第２サイド絶縁部材は、互いの間に挿通部３２２が形成されるように一方向に離間して配置されている。

上側拘束部材４１０は、蓄電スタック１００の上方に配置されており、一方向における両側から蓄電スタック１００を拘束している。上側拘束部材４１０は、当該上側拘束部材４１０に対する中間プレート１３０の一方向における相対移動を許容しつつ蓄電スタック１００を拘束している。具体的に、上側拘束部材４１０は、各エンドプレート２００に係合する一方で中間プレート１３０には係合していない。

上側拘束部材４１０は、上側拘束部材本体４１１と、一対の上側端部係合部４１２と、を有している。

上側拘束部材本体４１１は、一方向における蓄電スタック１００の一端部から他端部に至るように延びる形状を有している。上側拘束部材本体４１１は、蓄電スタック１００の上方で、かつ、直交方向における蓄電スタック１００の中央部に配置されている。

各上側端部係合部４１２は、エンドプレート２００に係合する部位である。各上側端部係合部４１２は、一方向における上側拘束部材本体４１１の端部に形成されている。各上側端部係合部４１２は、上側拘束部材本体４１１の下面のうち一方向における端部から下方に向かって突出する形状を有している。

図２に示されるように、エンドプレート２００の上部には、上側端部係合部４１２に嵌合する上部凹部２０４が形成されている。

上側絶縁部材４２０は、絶縁部材からなり、蓄電スタック１００と上側拘束部材４１０との間に配置されている。本実施形態では、上側絶縁部材４２０は、合成樹脂からなる柔軟なシートで構成されている。

下側拘束部材５１０は、蓄電スタック１００の下方に配置されており、一方向における両側から蓄電スタック１００を拘束している。下側拘束部材５１０は、当該下側拘束部材５１０に対する中間プレート１３０の一方向における相対移動を許容しつつ蓄電スタック１００を拘束している。具体的に、下側拘束部材５１０は、各エンドプレート２００に係合する一方で中間プレート１３０には係合していない。

下側拘束部材５１０は、下側拘束部材本体５１１と、一対の下側端部係合部５１２と、を有している。

下側拘束部材本体５１１は、一方向における蓄電スタック１００の一端部から他端部に至るように延びる形状を有している。下側拘束部材本体５１１は、蓄電スタック１００の下方で、かつ、直交方向における蓄電スタック１００の中央部に配置されている。

各下側端部係合部５１２は、エンドプレート２００に係合する部位である。各下側端部係合部５１２は、一方向における下側拘束部材本体５１１の端部に形成されている。各下側端部係合部５１２は、下側拘束部材本体５１１の上面のうち一方向における端部から上方に向かって突出する形状を有している。

図２に示されるように、エンドプレート２００の下部には、下側端部係合部５１２に嵌合する下部凹部２０６が形成されている。

バスバーモジュール６１０は、蓄電スタック１００の上方に配置されている。バスバーモジュール６１０は、互いに隣接する一対の蓄電セル１１０の外部端子１１４同士を電気的に接続する複数のバスバーを含んでいる。バスバーモジュール６１０は、エンドプレート２００に上方から接続されている。

バスバーモジュールカバー６２０は、バスバーモジュール６１０を覆っている。

以上に説明したように、本実施形態の蓄電装置１０では、サイドカバー３１０の中間係合部３１２が中間プレート１３０の凹部１３２に係合しており、サイドカバー３１０のサイド端部係合部３１４がエンドプレート２００の側部凹部２０２に係合しているため、エンドプレート２００と中間プレート１３０とが有効に位置決めされる。一方、上側拘束部材４１０及び下側拘束部材５１０は、当該拘束部材に対する中間プレート１３０の一方向における相対移動を許容しつつ蓄電スタック１００を拘束しているため、第１スタック１０１に含まれる蓄電セル１１０に作用する面圧と第２スタック１０２に含まれる蓄電セル１１０に作用する面圧が不均一になることが抑制される。

なお、上記実施形態において、中間係合部３１２が直交方向における外側に向かうように窪む凹部で構成され、エンドプレート２００の側部にその凹部に嵌合する突出部が設けられてもよい。このことは、サイド端部係合部３１４と側部凹部２０２との関係、上側端部係合部４１２と上部凹部２０４との関係、及び、下側端部係合部５１２と下部凹部２０６との関係においても同様である。

上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

上記実施形態における蓄電装置は、一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む蓄電スタックと、前記一方向における前記蓄電スタックの両側に配置された一対のエンドプレートと、前記一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向における前記蓄電スタックの両側に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する一対のサイドカバーと、前記蓄電スタックの上方に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する上側拘束部材と、前記蓄電スタックの下方に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する下側拘束部材と、を備え、前記蓄電スタックは、前記複数の蓄電セルのうちの一部の蓄電セルを含む第１スタックと、前記複数の蓄電セルのうちの残部の蓄電セルを含む第２スタックと、前記第１スタックと前記第２スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、前記一対のサイドカバーの各々は、前記中間プレートに係合する中間係合部と、前記一対のエンドプレートの各々に側方から係合するサイド端部係合部と、を有し、前記上側拘束部材は、当該上側拘束部材に対する前記中間プレートの前記一方向における相対移動を許容しつつ前記蓄電スタックを拘束しており、前記下側拘束部材は、当該下側拘束部材に対する前記中間プレートの前記一方向における相対移動を許容しつつ前記蓄電スタックを拘束している。

この蓄電装置では、各サイドカバーが中間係合部とサイド端部係合部とを有しているため、エンドプレートと中間プレートとが有効に位置決めされる一方、上側拘束部材及び下側拘束部材は、当該拘束部材に対する中間プレートの一方向における相対移動を許容しつつ蓄電スタックを拘束しているため、第１スタックに含まれる蓄電セルに作用する面圧と第２スタックに含まれる蓄電セルに作用する面圧が不均一になることが抑制される。

また、前記上側拘束部材は、前記一対のエンドプレートの各々に上方から係合する上側端部係合部を有し、前記下側拘束部材は、前記一対のエンドプレートの各々に下方から係合する下側端部係合部を有することが好ましい。

また、前記一対のサイドカバーの各々は、前記一方向における前記蓄電スタックの一端部から他端部に至るように延びる形状を有するカバー本体を有し、前記中間係合部は、前記カバー本体から前記中間プレートに向かって突出する形状を有し、前記中間プレートは、前記中間係合部に嵌合する凹部を有することが好ましい。

この場合において、前記サイド端部係合部は、前記一方向における前記カバー本体の端部から前記エンドプレートに向かって突出する形状を有し、前記一対のエンドプレートの各々は、前記サイド端部係合部に嵌合する側部凹部を有することが好ましい。

また、前記蓄電装置は、絶縁材料からなり、前記蓄電スタックと前記一対のサイドカバーの各々との間に配置された一対のサイド絶縁部材をさらに備えていてもよい。前記一対のサイド絶縁部材の各々は、前記中間係合部を挿通させる挿通部を有することが好ましい。

このようにすれば、蓄電スタック及びサイドカバー間の絶縁と、中間係合部と中間プレートとの係合と、が両立される。

なお、今回開示された実施形態はすべ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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０蓄電装置、１００蓄電スタック、１０１第１スタック、１０２第２スタック、１１０蓄電セル、１１２ケース、１１４外部端子、１２０弾性体、１３０中間プレート、１３２凹部、２００エンドプレート、２０２側部凹部、２０４上部凹部、２０６下部凹部、３１０サイドカバー、３１２中間係合部、３１４サイド端部係合部、３２０サイド絶縁部材、３２２挿通部、４１０上側拘束部材、４１２上側端部係合部、４２０上側絶縁部材、５１０下側拘束部材、５１２下側端部係合部、６１０バスバーモジュール、６２０バスバーモジュールカバー。

Claims

一方向に並ぶように配置された複数の蓄電セルを含む蓄電スタックと、
前記一方向における前記蓄電スタックの両側に配置された一対のエンドプレートと、
前記一方向及び上下方向の双方と直交する直交方向における前記蓄電スタックの両側に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する一対のサイドカバーと、
絶縁材料からなり、前記蓄電スタックと前記一対のサイドカバーの各々との間に配置された一対のサイド絶縁部材と、
前記蓄電スタックの上方に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する上側拘束部材と、
絶縁材料からなり、前記蓄電スタックと前記上側拘束部材との間に配置された上側絶縁部材と、
前記蓄電スタックの下方に配置されており、前記一方向における両側から前記蓄電スタックを拘束する下側拘束部材と、
前記蓄電スタックの上方に配置されており、互いに隣接する一対の前記蓄電セル同士を電気的に接続する複数のバスバーを含むバスバーモジュールと、
前記バスバーモジュールを覆うバスバーモジュールカバーと、を備え、
前記蓄電スタックは、
前記複数の蓄電セルのうちの一部の蓄電セルを含む第１スタックと、
前記複数の蓄電セルのうちの残部の蓄電セルを含む第２スタックと、
前記第１スタックと前記第２スタックとの間に配置された中間プレートと、を有し、
前記一対のサイドカバーの各々は、
前記一方向における前記蓄電スタックの一端部から他端部に至るように延びる形状を有するカバー本体と、
前記カバー本体から前記中間プレートに向かって突出する形状を有し、前記中間プレートに係合する中間係合部と、
前記一方向における前記カバー本体の端部から前記エンドプレートに向かって突出する形状を有し、前記一対のエンドプレートの各々に側方から係合するサイド端部係合部と、を有し、
前記中間プレートは、前記中間係合部に嵌合する凹部を有し、
前記一対のエンドプレートの各々は、前記サイド端部係合部に嵌合する側部凹部を有し、
前記一対のサイド絶縁部材の各々は、
前記第１スタックの側方に配置された第１サイド絶縁部材と、
前記第２スタックの側方に配置された第２サイド絶縁部材と、を有し、
前記第２サイド絶縁部材は、当該第２サイド絶縁部材と前記第１サイド絶縁部材との間に前記中間係合部を挿通させる挿通部が形成されるように前記一方向に前記第１サイド絶縁部材から離間して配置されており、
前記バスバーモジュールは、前記一対のエンドプレートの各々に上方から接続されており、
前記上側拘束部材は、当該上側拘束部材に対する前記中間プレートの前記一方向における相対移動を許容しつつ前記蓄電スタックを拘束しており、
前記下側拘束部材は、当該下側拘束部材に対する前記中間プレートの前記一方向における相対移動を許容しつつ前記蓄電スタックを拘束している、蓄電装置。
前記上側拘束部材は、前記一対のエンドプレートの各々に上方から係合する上側端部係合部を有し、
前記下側拘束部材は、前記一対のエンドプレートの各々に下方から係合する下側端部係合部を有する、請求項１に記載の蓄電装置。