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JP7703866B2 - 蓄電装置 - Google Patents
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JP7703866B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電素子とエンドプレートと外装体とを備える蓄電装置に関する。
従来、蓄電素子とエンドプレートとを備え、蓄電素子及びエンドプレートが外装体に収容された蓄電装置が広く知られている。例えば、特許文献1には、複数の蓄電素子の両側に一対のエンドプレートが配置され、これらが外装体に収容された蓄電装置が開示されている。
特開2019-79599号公報
上記従来のような構成の蓄電装置において、蓄電素子と外装体との間に隙間が生じると、蓄電素子が損傷してしまうおそれがある。例えば、外装体を加工する際に外装体が蓄電素子との間に隙間が生じる構成(外装体が樹脂成形品の場合の抜き勾配等)になったり、蓄電装置外部の部材との構造的な関係で意図的に外装体を蓄電素子と間に隙間が生じる構成(底側が狭くなる設計等)にしたりする場合がある。この場合、蓄電素子と外装体との間にエンドプレートを配置すると、蓄電素子または外装体とエンドプレートとの間、つまり、蓄電素子と外装体との間に隙間が生じる部分が発生してしまう。当該隙間が生じると、蓄電素子の外装体内での固定が不十分になったり、エンドプレートが蓄電素子の膨れを十分に抑制できず蓄電素子が変形しやすくなったりして、蓄電素子が損傷してしまうおそれがある。
本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、蓄電素子の損傷を抑制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、第一方向において前記蓄電素子と並んで配置されるエンドプレートと、前記蓄電素子及び前記エンドプレートが収容される外装体と、を備える蓄電装置であって、前記外装体は、前記蓄電素子とで前記エンドプレートを挟む位置に壁部を有し、前記壁部は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側の方が他方側よりも、前記第一方向における前記蓄電素子との距離が大きく、前記エンドプレートは、前記第二方向の一方側に、前記第二方向の他方側の第一部よりも前記第一方向における幅が大きい第二部を有し、前記第二部は、一体的に形成された部位であり、かつ、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に複数重なった形状、または、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に曲がった形状を有する。
これによれば、蓄電装置において、外装体の壁部は、第二方向の一方側の方が他方側よりも第一方向における蓄電素子との距離が大きく、エンドプレートは、第二方向の一方側に他方側の第一部よりも第一方向の幅が大きい第二部を有している。このように、エンドプレートにおいて、蓄電素子と外装体の壁部との間隔が大きい側に幅が大きい第二部を形成することで、蓄電素子及び外装体の壁部とエンドプレートとの間の第一方向における隙間を減少でき、当該隙間が生じるのを抑制できる。これにより、蓄電素子と外装体の壁部との間に隙間が生じるのを抑制できるため、蓄電素子の膨れを抑制でき、蓄電素子の損傷を抑制できる。特に、第二部は、一体的に形成された部位であり、かつ、エンドプレートの第二方向の一方側の部位が複数重なった形状または曲がった形状を有している。このように、第二部を、一体的に形成し、かつ、複数重なったまたは曲がった形状という簡易な構成とすることで、エンドプレートに第二部を容易に形成できる。これらにより、蓄電装置において、容易に、蓄電素子の損傷を抑制できる。
前記蓄電素子は、容器を有し、前記容器の前記第二方向の一方側には、接合部が形成されていることにしてもよい。
これによれば、蓄電素子の容器の第二方向の一方側に接合部が形成されていることで、エンドプレートの第二部で、蓄電素子の容器の接合部付近を直接的または間接的に押圧できる。蓄電素子においては、容器が膨れると接合部が損傷するおそれがあるが、第二部で接合部付近を押圧することで接合部を補強できるため、容器が膨れた際に接合部が損傷するのを抑制できる。これにより、蓄電素子の損傷を抑制できる。
前記第二部は、前記第二方向において、前記接合部と前記容器の中心位置との間、かつ、前記接合部との距離の方が前記容器の中心位置との距離よりも小さい位置に配置されることにしてもよい。
これによれば、エンドプレートの第二部を、蓄電素子の容器の接合部と容器の中心位置との間、かつ、接合部との距離の方が容器の中心位置との距離よりも小さい位置に配置することで、第二部で、接合部よりも容器の中心側の接合部に近い位置を押圧できる。これにより、接合部をさらに補強できるため、容器が膨れた際に接合部が損傷するのをより抑制できる。
前記第二部は、前記蓄電素子に向けて突出して配置されることにしてもよい。
これによれば、エンドプレートの第二部が、蓄電素子に向けて突出して配置されることで、第二部で蓄電素子を効果的に押圧できるため、蓄電素子の膨れを効果的に抑制できる。これにより、蓄電素子の損傷を抑制できる。
前記第一部は、前記蓄電素子の前記第二方向における中央部に向けて突出して配置されることにしてもよい。
これによれば、エンドプレートの第一部が、蓄電素子の中央部に向けて突出して配置されることで、蓄電素子の中央部を効果的に押圧できる。蓄電素子は、一般的に中央部が膨れるが、蓄電素子の中央部を効果的に押圧できれば、蓄電素子の中央部が膨れるのをより抑制できる。これにより、蓄電素子の損傷を抑制できる。
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、エンドプレート、または、エンドプレートと外装体との組み合わせ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、蓄電素子の損傷を抑制できる。
実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 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。 実施の形態に係る蓄電素子の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るエンドプレートを蓄電素子に取り付けて外装体の外装体本体内に収容した状態での構成を示す側面図である。 実施の形態の変形例1に係るエンドプレートの構成を示す側面図である。 実施の形態の変形例2に係るエンドプレートの構成を示す側面図である。 実施の形態の変形例3に係るエンドプレートの構成を示す側面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態(その変形例も含む)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、いずれも包括的または具体的な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、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。
以下の説明及び図面中において、複数の蓄電素子の並び方向、一対のエンドプレートの並び方向、蓄電素子とエンドプレートとの並び方向、1つの蓄電素子の容器における一対の長側面の対向方向、または、蓄電素子若しくはエンドプレートの厚み方向を、X軸方向と定義する。1つの蓄電素子における一対の電極端子の並び方向、または、1つの蓄電素子の容器における一対の短側面の対向方向を、Y軸方向と定義する。蓄電装置の外装体本体と外装体蓋体との並び方向、1つの蓄電素子の容器本体と容器蓋体との並び方向、蓄電素子とバスバーとの並び方向、または、上下方向を、Z軸方向と定義する。これらX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は、互いに交差(本実施の形態では直交)する方向である。なお、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が、以下では説明の便宜のため、Z軸方向を上下方向として説明する。
以下の説明において、例えば、X軸プラス方向とは、X軸の矢印方向を示し、X軸マイナス方向とは、X軸プラス方向とは反対方向を示す。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。以下では、X軸方向を第一方向とも呼び、Z軸方向を第二方向とも呼び、Z軸プラス方向を第二方向の一方側とも呼び、Z軸マイナス方向を第二方向の他方側とも呼ぶ場合がある。平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、2つの方向が直交している、とは、当該2つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。さらに、以下の説明において、「絶縁」と表現する場合、「電気的な絶縁」を意味する。
(実施の形態)
[1 蓄電装置10の全般的な説明]
まず、蓄電装置10の構成について、説明する。図1は、本実施の形態に係る蓄電装置10の外観を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係る蓄電装置10を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
蓄電装置10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り、本実施の形態では、略直方体形状を有している。例えば、蓄電装置10は、電力貯蔵用途または電源用途等に使用される電池モジュール(組電池)である。具体的には、蓄電装置10は、例えば、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)及びガソリン自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール、リニアモーターカー、並びに、ディーゼル機関及び電気モーターの両方を備えるハイブリッド電車が例示される。蓄電装置10は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。
図1に示すように、蓄電装置10は、外装体11を備えており、図2に示すように、外装体11の内方には、複数の蓄電素子300と、一対のエンドプレート400と、複数のバスバー500とが収容されている。蓄電装置10は、上記の構成要素の他、バスバー500の位置決めを行うバスバーフレーム、蓄電素子300同士の間または蓄電素子300とエンドプレート400との間に配置されるスペーサ、蓄電素子300の充電状態及び放電状態等を監視するための回路基板並びにリレー等の電気機器等を備えていてもよい。蓄電素子300同士の間、及び、蓄電素子300とエンドプレート400との間に接着剤等が配置されて、これらが接着されて固定されていてもよい。
外装体11は、蓄電装置10の筐体(外殻)を構成する箱形(略直方体形状)の容器(モジュールケース)である。つまり、外装体11は、複数の蓄電素子300、一対のエンドプレート400、及び、複数のバスバー500の外方に配置され、これら蓄電素子300等を所定の位置で固定し、衝撃等から保護する。外装体11は、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE(変性PPEを含む))、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ABS樹脂、または、それらの複合材料等の絶縁部材等により形成されている。外装体11は、これにより、蓄電素子300等が外部の金属部材等に接触することを回避する。なお、蓄電素子300等の絶縁性が保たれる構成であれば、外装体11は、金属等の導電部材で形成されていてもよい。
外装体11は、外装体11の本体を構成する外装体本体100と、外装体11の蓋体を構成する外装体蓋体200と、を有している。外装体本体100は、Z軸プラス方向に向く開口が形成された有底矩形筒状のハウジング(筐体)であり、蓄電素子300等を収容する。外装体本体100は、X軸方向両側の側面に、対向する一対の第一壁部110を有し、Y軸方向両側の側面に、対向する一対の第二壁部120を有し、Z軸マイナス方向側に、第三壁部130を有している。
第一壁部110は、外装体11の短側面を形成する矩形状かつ平板状の壁部(短側壁部)であり、エンドプレート400とX軸方向において対向して配置される。つまり、第一壁部110は、蓄電素子300とでエンドプレート400を挟む位置に配置される。第一壁部110は、第二壁部120及び第三壁部130に隣接し、かつ、第二壁部120よりも外面の面積が小さい。第二壁部120は、外装体11の長側面を形成する矩形状かつ平板状の壁部(長側壁部)であり、蓄電素子300の後述する容器310の短側面部312とY軸方向において対向して配置される。第二壁部120は、第一壁部110及び第三壁部130に隣接し、かつ、第一壁部110よりも外面の面積が大きい。第三壁部130は、外装体11の底面を形成する矩形状かつ平板状の壁部(底壁部)であり、蓄電素子300の後述する容器310の底面部313とZ軸方向において対向して配置される。第三壁部130は、第一壁部110及び第二壁部120に隣接する。なお、蓄電素子300の個数及び形状等によっては、第一壁部110が長側壁部であり、第二壁部120が短側壁部であってもよい。
外装体蓋体200は、外装体本体100と、接着剤、ヒートシールまたは超音波溶着等によって接合されて、外装体本体100の開口を閉塞する扁平な矩形状の部材である。外装体蓋体200には、正極側及び負極側の一対の外部端子210(正極外部端子及び負極外部端子)が設けられている。蓄電装置10は、この一対の外部端子210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。外装体本体100及び外装体蓋体200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よい。
蓄電素子300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300は、扁平な直方体形状(角形)を有しており、本実施の形態では、8個の蓄電素子300がX軸方向(第一方向)に並んで配列されている。なお、蓄電素子300の形状は、直方体形状には限定されず、長円柱形状、楕円柱形状、円柱形状、または、直方体以外の多角柱形状等であってもよい。配列される蓄電素子300の個数は特に限定されず、1個の蓄電素子300しか配置されていなくてもよい。蓄電素子300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300は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。蓄電素子300は、固体電解質を用いた電池であってもよい。蓄電素子300は、パウチタイプの蓄電素子であってもよい。蓄電素子300の構成の詳細な説明については、後述する。
エンドプレート400は、X軸方向(第一方向)において蓄電素子300と並んで配置される平板状かつ矩形状の部材(挟持部材)である。具体的には、一対のエンドプレート400が、複数の蓄電素子300のX軸方向両側に配置され、複数の蓄電素子300を、当該複数の蓄電素子300の並び方向(X軸方向)の両側から挟み込んで保持する。これにより、一対のエンドプレート400は、複数の蓄電素子300をこれらの並び方向(X軸方向)の両側から圧迫する。エンドプレート400は、強度確保の観点等から、例えば、ステンレス鋼、鉄、メッキ鋼板、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製(導電性)の材料で形成されている。なお、エンドプレート400の材質は特に限定されず、例えば強度の高い絶縁性の材料で形成されていてもよいし、絶縁処理が施されていたりしていてもよい。エンドプレート400の構成の詳細な説明については、後述する。
バスバー500は、複数の蓄電素子300の上方に配置され、複数の蓄電素子300の後述する電極端子340(正極端子及び負極端子)に接続される平板状かつ矩形状の部材である。これにより、バスバー500は、複数の蓄電素子300の電極端子340同士を接続し、かつ、他のバスバー(図示せず)を介して端部の蓄電素子300の電極端子340と外部端子210とを接続する。バスバー500は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金等の金属製の導電部材で形成されている。本実施の形態では、バスバー500は、蓄電素子300を2個ずつ並列に接続して4セットの蓄電素子群を構成し、当該4セットの蓄電素子群を直列に接続するが、蓄電素子300の接続形態は特に限定されない。
[2 蓄電素子300の説明]
次に、蓄電素子300の構成について、詳細に説明する。なお、蓄電装置10が有する複数の蓄電素子300は全て同様の構成を有するため、以下では、1つの蓄電素子300の構成について詳細に説明する。図3は、本実施の形態に係る蓄電素子300の構成を示す斜視図である。具体的には、図3は、蓄電素子300の容器310を透視して、容器310の内部の構成を示している。
図3に示すように、蓄電素子300は、容器310と、一対(正極側及び負極側)の電極端子340とを備え、容器310の内方には、電極体350と、一対(正極側及び負極側)の集電体360とが収容されている。容器310の内方には電解液(非水電解質)も封入され、電極端子340及び集電体360と容器310(後述の容器蓋体330)との間にはガスケットが配置されているが、これらの詳細な説明は省略する。当該電解液としては、蓄電素子300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。
蓄電素子300は、上記の構成要素の他、電極体350の側方または下方等に配置されるスペーサ、及び、電極体350等を包み込む絶縁フィルム等を有していてもよい。さらに、容器310の周囲には、容器310の外面を覆う絶縁フィルム(シュリンクチューブ等)が配置されていてもよい。当該絶縁フィルムの材質は、蓄電素子300に必要な絶縁性を確保できるものであれば特に限定されないが、例えば、PC、PP、PE、PPS、PET、PBTまたはABS樹脂等の絶縁性の樹脂、エポキシ樹脂、カプトン、テフロン(登録商標)、シリコン、ポリイソプレン、及びポリ塩化ビニルなどを例示することができる。
容器310は、開口が形成された容器本体320と、容器本体320の当該開口を閉塞する容器蓋体330と、を有する直方体形状(角形または箱形)のケースである。容器本体320は、容器310の本体部を構成する矩形筒状で底を備える部材であり、Z軸プラス方向側に開口が形成されている。容器蓋体330は、容器310の蓋部を構成する矩形状の板状部材であり、容器本体320のZ軸プラス方向にY軸方向に延設されて配置されている。容器蓋体330には、容器310内方の圧力が上昇した場合に当該圧力を開放するガス排出弁331、及び、容器310内方に電解液を注液するための注液部(図示せず)等が設けられている。容器310(容器本体320及び容器蓋体330)の材質は、特に限定されず、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板など溶接可能(接合可能)な金属とすることができるが、樹脂を用いることもできる。
容器310は、電極体350等を容器本体320の内方に収容後、容器本体320と容器蓋体330とが溶接等によって接合されて接合部310aが形成されることにより、内部が密封される構造となっている。例えば、容器310の側方(X軸方向及びY軸方向)からレーザ光が照射されて、容器本体320及び容器蓋体330がレーザ溶接によって接合されることにより、接合部310aが形成される。接合部310aは、容器310の周囲(全周)を囲うように形成された四角環状の接合部である。
このような構成により、容器310は、X軸方向両側の側面に一対の長側面部311を有し、Y軸方向両側の側面に一対の短側面部312を有し、Z軸マイナス方向側に底面部313を有している。長側面部311は、容器310の長側面を形成する矩形状の平面部であり、隣り合う蓄電素子300の容器310の長側面部311、または、エンドプレート400とX軸方向において対向して配置される。長側面部311は、短側面部312及び底面部313に隣接し、短側面部312よりも面積が大きい。短側面部312は、容器310の短側面を形成する矩形状の平面部であり、外装体11の第二壁部120とY軸方向において対向して配置される。短側面部312は、長側面部311及び底面部313に隣接し、長側面部311よりも面積が小さい。底面部313は、容器310の底面を形成する矩形状の平面部であり、外装体11の第三壁部130とZ軸方向において対向し、かつ、長側面部311及び短側面部312に隣接して配置される。
電極端子340は、容器蓋体330に配置される蓄電素子300の端子部材(正極端子及び負極端子)であり、集電体360を介して、電極体350の正極板及び負極板に電気的に接続されている。つまり、電極端子340は、電極体350に蓄えられている電気を蓄電素子300の外部空間に導出し、また、電極体350に電気を蓄えるために蓄電素子300の内部空間に電気を導入するための金属製の部材である。電極端子340は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで形成されている。
電極体350は、電気を蓄えることができる蓄電要素(発電要素)であり、正極板と負極板とセパレータとを備え、正極板、負極板及びセパレータが積層されて形成されている。正極板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属からなる帯状の集電箔である正極基材層上に正極活物質層が形成された電極板である。負極板は、銅または銅合金などの金属からなる帯状の集電箔である負極基材層上に負極活物質層が形成された電極板である。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。正極活物質層に用いられる正極活物質、及び、負極活物質層に用いられる負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能なものであれば、適宜公知の材料を使用できる。セパレータについても、蓄電素子300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。
本実施の形態では、電極体350は、正極板と負極板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が巻回されて形成された、いわゆる縦巻きの巻回型の電極体である。具体的には、電極体350は、正極板と負極板とが、セパレータを介して、巻回軸の方向(Y軸方向)に互いにずらして巻回されている。そして、正極板及び負極板は、それぞれのずらされた方向の端部351に、合材が塗工されず基材層が露出した(合材層が形成されていない)部分(合材層非形成部)を有している。電極体350は、端部351において、集電体360と電気的及び機械的に接続される。なお、電極体350は、正極板と負極板とセパレータとが横方向に巻回(Z軸方向に平行な巻回軸にて巻回)されて形成された、いわゆる横巻きの巻回型でもよい。また、電極体350は、複数の平板状の極板が積層されて形成された積層型(スタック型)の電極体、または、極板を蛇腹状に折り畳んだ蛇腹型の電極体等、どのような形態の電極体でもよい。
集電体360は、電極体350と容器310の側壁との間に配置され、電極端子340と電極体350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。集電体360は、電極体350の端部351に溶接などによって接合されている。正極側の集電体360は、電極体350の正極板の正極基材層と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成され、負極側の集電体360は、電極体350の負極板の負極基材層と同様、銅または銅合金などで形成されている。
[3 エンドプレート400の説明]
次に、エンドプレート400の構成について、詳細に説明する。図4は、本実施の形態に係るエンドプレート400を蓄電素子300に取り付けて外装体11の外装体本体100内に収容した状態での構成を示す側面図である。なお、図4は、外装体本体100と蓄電素子300とエンドプレート400とをY軸マイナス方向から見た場合の構成を示すが、外装体本体100については、XZ平面に平行な面で切断した断面を示している。
図4に示すように、外装体11は、外装体本体100の第一壁部110が、Z軸プラス方向(第一方向と交差する第二方向の一方側)の方がZ軸マイナス方向(第二方向の他方側)よりも、X軸方向(第一方向)における蓄電素子300との距離が大きく形成されている。つまり、第一壁部110は、Z軸プラス方向に向かうほど蓄電素子300から離れる方向に傾斜して配置されている。X軸プラス方向の第一壁部110は、Z軸プラス方向に向かうほどX軸プラス方向に傾斜し、X軸マイナス方向の第一壁部110は、Z軸プラス方向に向かうほどX軸マイナス方向に傾斜して配置されている。言い換えれば、外装体本体100は、第三壁部130からZ軸プラス方向に向かうほど、一対の第一壁部110の間隔が大きくなるように形成されている。例えば、外装体本体100を加工する際に、金型を抜くための抜き勾配が形成される等により、外装体本体100の開口部側が広く形成される。
エンドプレート400は、Y軸方向及びZ軸方向において、蓄電素子300の容器310の長側面部311と同じ長さに形成され、長側面部311の全体を覆う部材である。図2及び図4に示すように、エンドプレート400は、Z軸マイナス方向(第二方向の他方側)に第一部410を有し、Z軸プラス方向(第二方向の一方側)に第二部420を有している。第一部410は、Y軸方向及びZ軸方向に延設されるYZ平面に平行な平板状かつ矩形状の部位である。第二部420は、Y軸方向及びZ軸方向に延設されるYZ平面に平行な平板状かつ矩形状の部位であり、Z軸マイナス方向(第二方向の他方側)の第一部410よりもX軸方向(第一方向)における幅(X軸方向における幅の寸法)が大きい。つまり、第二部420は、第一部410よりも、X軸方向における両端縁の間の距離が大きい幅広の部位である。
第二部420のX軸方向(第一方向)における幅とは、第二部420のうちの最もX軸マイナス方向の端縁と最もX軸プラス方向の端縁とのX軸方向における距離である。つまり、第二部420のX軸方向(第一方向)における幅は、第二部420全体が占めるX軸方向の寸法であり、本実施の形態では、第二部420の厚み(板厚)である。第一部410のX軸方向(第一方向)における幅についても同様である。
具体的には、第二部420は、エンドプレート400のZ軸プラス方向(第二方向の一方側)の部位がX軸方向(第一方向)に複数重なった形状、または、エンドプレート400のZ軸プラス方向(第二方向の一方側)の部位がX軸方向(第一方向)に曲がった形状を有している。本実施の形態では、第二部420は、エンドプレート400のZ軸プラス方向の部位がX軸方向に複数重なった形状を有している。第一部410は、エンドプレート400のうちの重なりのない部位である。例えば、Y軸方向の長さが同じでZ軸方向の長さが異なる2枚の板状部材を、Z軸プラス方向の端縁が揃うようにX軸方向に重ね合わせることにより、Z軸マイナス方向に位置する厚みの薄い(重なりのない)第一部410と、Z軸プラス方向に位置する厚みの厚い(重なりのある)第二部420とが形成される。
これにより、第二部420は、第一部410から外装体本体100の第一壁部110に向けて突出する形状となる。X軸プラス方向のエンドプレート400においては、第二部420は、第一部410からX軸プラス方向に突出し、X軸マイナス方向のエンドプレート400においては、第二部420は、第一部410からX軸マイナス方向に突出する。つまり、エンドプレート400は、蓄電素子300に対向する面は、平坦な平面であり、第一壁部110に対向する面は、Z軸プラス方向の部位が第一壁部110に向けて突出する段差状の面となる。
このような構成により、エンドプレート400は、蓄電素子300の容器310の長側面部311と第一壁部110との間において、第一部410及び第二部420の双方が長側面部311に当接し、第二部420が第一壁部110に当接する。つまり、第二部420の少なくとも一部において、蓄電素子300とエンドプレート400とが当接し、かつ、エンドプレート400と第一壁部110とが当接している。本実施の形態では、第二部420は、Z軸マイナス方向の端部が第一壁部110に当接するが、第一壁部110に沿った形状に形成されることで、第二部420のZ軸方向の一端から他端までに亘って第一壁部110に当接してもよい。第一部410についても、Z軸マイナス方向の端部、または、それ以外の部分が第一壁部110に当接するように形成されていてもよい。
第二部420は、一体的に形成された部位である。つまり、上記の2枚の板状部材が重なった状態で接合(固定)されることで、一体化された第二部420が形成されている。例えば、当該2枚の板状部材を、超音波接合、レーザ溶接若しくは抵抗溶接等による溶接、接着剤若しくは両面テープ等による接着、または、かしめ若しくはボルト締結等による機械的接合等で接合することによって、第二部420が形成される。これにより、エンドプレート400は、一体化された第二部420と、第一部410とが一体化された1つの部材となる。なお、3枚以上の板状部材がX軸方向に重ね合わされて接合(固定)されることで、厚みの薄い一体化された第一部410と、厚みの厚い一体化された第二部420とが一体化されたエンドプレート400が形成されてもよい。
蓄電素子300には、上述の通り、容器310のZ軸プラス方向(第二方向の一方側)に、接合部310aが形成されている。つまり、外装体本体100における第一壁部110と蓄電素子300との距離が大きい側に、蓄電素子300の接合部310aが形成されている。第二部420は、少なくとも一部が、Z軸方向(第二方向)において、接合部310aと容器310の中心位置との間、かつ、接合部310aとの距離の方が容器310の中心位置との距離よりも小さい位置に配置される。具体的には、第二部420は、蓄電素子300の容器310のZ軸プラス方向の端部からZ軸方向中央部のZ軸プラス方向寄りの位置までに亘って、長側面部311に当接した状態で配置される。これにより、第二部420は、長側面部311側の接合部310aを覆うように、当該接合部310aを跨いで配置される。
[4 効果の説明]
以上のように、本実施の形態に係る蓄電装置10によれば、外装体11の第一壁部110は、第二方向の一方側(Z軸プラス方向)の方が他方側(Z軸マイナス方向)よりも、第一方向(X軸方向)における蓄電素子300との距離が大きく形成されている。エンドプレート400は、第二方向の一方側に他方側の第一部410よりも第一方向の幅が大きい第二部420を有している。例えば、外装体11を樹脂成形する際に、抜き勾配等によって、外装体11が蓄電素子300との間に隙間が生じる構成になる場合がある。蓄電装置10の外部の部材との構造的な関係で、外装体11の第三壁部130(底壁部)を狭く設計する等のように、意図的に、外装体11を蓄電素子300と間に隙間が生じる構成にする場合もある。このため、エンドプレート400において、蓄電素子300と外装体11の第一壁部110との間隔が大きい側に幅が大きい第二部420を形成することで、蓄電素子300及び外装体11の第一壁部110とエンドプレート400との間の第一方向における隙間を減少でき、当該隙間が生じるのを抑制できる。これにより、蓄電素子300と外装体11の第一壁部110との間に隙間が生じるのを抑制できるため、蓄電素子300の膨れを抑制でき、蓄電素子300の損傷を抑制できる。特に、第二部420は、一体的に形成された部位であり、かつ、エンドプレート400の第二方向の一方側の部位が複数重なった形状を有している。このように、第二部420を、一体的に形成し、かつ、複数重なった形状という簡易な構成とすることで、エンドプレート400に第二部420を容易に形成できる。これらにより、蓄電装置10において、容易に、蓄電素子300の損傷を抑制できる。
蓄電素子300の容器310の第二方向の一方側(Z軸プラス方向)に接合部310aが形成されていることで、エンドプレート400の第二部420で、蓄電素子300の容器310の接合部310a及びその付近を直接的または間接的(本実施の形態では、直接的)に押圧できる。蓄電素子300においては、容器310が膨れると、接合部310aが損傷するおそれがある。具体的には、容器310が膨れると、接合部310a(溶接箇所)に応力が加わり、接合部310aが引き剥がされるおそれがある。これに対し、第二部420で接合部310a及びその付近を押圧することで接合部310aを補強できるため、容器310が膨れた際に接合部310aが損傷するのを抑制できる。これにより、蓄電素子300の損傷を抑制できる。
エンドプレート400の第二部420の少なくとも一部を、蓄電素子300の容器310の接合部310aと容器310の中心位置との間、かつ、接合部310aとの距離の方が容器310の中心位置との距離よりも小さい位置に配置する。これにより、第二部420で、接合部310aよりも容器310の中心側の接合部310aに近い位置を押圧できる。これにより、接合部310aをさらに補強できるため、容器310が膨れた際に接合部310aが損傷するのをより抑制できる。
なお、蓄電装置10は、X軸プラス方向及びX軸マイナス方向に一対のエンドプレート400を備えているが、当該一対のエンドプレート400の双方について、上記の効果が言える。
[5 変形例の説明]
(変形例1)
次に、上記実施の形態の変形例1について、説明する。図5は、本実施の形態の変形例1に係るエンドプレート400aの構成を示す側面図である。なお、図5は、図4のX軸プラス方向の端部の部位に対応する図である。
図5に示すように、本変形例では、上記実施の形態におけるエンドプレート400に代えて、エンドプレート400aが配置されている。エンドプレート400aは、エンドプレート400の第二部420に代えて、第二部420aを有している。その他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
第二部420aは、上記実施の形態における第二部420と同様に、YZ平面に平行な平板状かつ矩形状の部位であり、エンドプレート400aのZ軸プラス方向の部位がX軸方向に複数重なることで、第一部410よりもX軸方向における幅が大きく形成されている。第二部420aは、上記実施の形態における第二部420とは異なり、エンドプレート400aのZ軸プラス方向の部位が折り曲げられることで、一体的に形成された部位になっている。つまり、エンドプレート400aは、1枚の板状部材のZ軸プラス方向の部位がプレス成形等により折り曲げられて重ねられることで、第一部410と第二部420aとが形成された1つの部材である。なお、第二部420aにおける複数重なった部位は、溶接等で互いに接合されてもよいし、折り曲げられるのみで接合されなくてもよい。
以上のように、本変形例に係る蓄電装置によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、1枚の板状部材を折り曲げることで第二部420aを形成できるため、エンドプレート400aを容易に作製することができる。
(変形例2)
次に、上記実施の形態の変形例2について、説明する。図6は、本実施の形態の変形例2に係るエンドプレート400cの構成を示す側面図である。なお、図6は、図4のX軸プラス方向の端部の部位に対応する図である。
図6に示すように、本変形例では、上記実施の形態におけるエンドプレート400に代えて、エンドプレート400cが配置されている。エンドプレート400cは、エンドプレート400の第一部410及び第二部420に代えて、第一部410c及び第二部420cを有している。その他の構成については、上記実施の形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
第一部410cは、外装体本体100の第一壁部110に沿って、第一壁部110に当接して配置される平板状かつ矩形状の部位である。第一部410cは、エンドプレート400cの大部分を占める。第二部420cは、エンドプレート400cのうちの第一部410c以外の部位であり、エンドプレート400cのZ軸プラス方向の端部である。第二部420cは、エンドプレート400cのZ軸プラス方向(第二方向の一方側)の部位がX軸方向(第一方向)に曲がった形状を有することで、第一部410cよりもX軸方向(第一方向)における幅が大きく形成されている。
第二部420cのX軸方向(第一方向)における幅とは、第二部420cのうちの最もX軸マイナス方向の端縁と最もX軸プラス方向の端縁とのX軸方向における距離である。つまり、第二部420cのX軸方向(第一方向)における幅は、第二部420cの板厚ではなく、第二部420c全体が占めるX軸方向の寸法(隙間部分を含む寸法)である。第一部410cのX軸方向(第一方向)における幅についても同様である。
第二部420cは、エンドプレート400cのZ軸プラス方向の端部が、第一部410cからX軸マイナス方向、Z軸プラス方向及びX軸プラス方向の順に、半円形状に湾曲した曲板状の部位である。第二部420cは、第一部410cよりも、X軸方向における両端縁の間の距離が大きい幅広の、一体的に形成された部位である。このように、エンドプレート400cは、1枚の板状部材がプレス成形等により曲げられることで、第一部410cと第二部420cとが一体的に形成された1つの部材である。なお、エンドプレート400cは、曲げられるのではなく、鋳造または鍛造等によって曲がった形状が形成されてもよい。
これにより、第二部420cは、蓄電素子300に向けて突出して配置される。具体的には、第二部420cは、Z軸方向(第二方向)において、接合部310aと容器310の中心位置との間、かつ、接合部310aとの距離の方が容器310の中心位置との距離よりも小さい位置に配置される。つまり、第二部420cは、蓄電素子300の容器310の長側面部311における接合部310aよりも少し下方(Z軸マイナス方向)の部位に当接し、当該部位を押圧する。
以上のように、本変形例に係る蓄電装置によれば、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、第二部420cは、一体的に形成された部位であり、かつ、エンドプレート400cの第二方向の一方側(Z軸プラス方向)の部位が曲がった形状を有し、蓄電素子300に向けて突出して配置されている。このように、第二部420cを、一体的に形成し、かつ、曲がった形状という簡易な構成とすることで、エンドプレート400cに第二部420cを容易に形成できる。これにより、蓄電装置において、容易に、蓄電素子300の損傷を抑制できる。
第二部420cを、接合部310aと容器310の中心位置との間、かつ、接合部310aとの距離の方が容器310の中心位置との距離よりも小さい位置に配置することで、第二部420cで、接合部310aよりも容器310の中心側の接合部310aに近い位置を押圧できる。これにより、接合部310aを補強できるため、容器310が膨れた際に接合部310aが損傷するのを抑制できる。第二部420cが、蓄電素子300に向けて突出して配置されることで、第二部420cで蓄電素子300を効果的に押圧できるため、蓄電素子300の膨れを効果的に抑制できる。
(変形例3)
次に、上記実施の形態の変形例3について、説明する。図7は、本実施の形態の変形例3に係るエンドプレート400dの構成を示す側面図である。なお、図7は、図6に対応する図である。
図7に示すように、本変形例では、上記変形例2におけるエンドプレート400cに代えて、エンドプレート400dが配置されている。エンドプレート400dは、上記変形例2のエンドプレート400cの第一部410cに代えて、第一部410dを有している。その他の構成については、上記変形例2と同様であるため、詳細な説明は省略する。
第一部410dは、蓄電素子300のZ軸方向(第二方向)における中央部に向けて突出して配置される部位である。つまり、第一部410dは、エンドプレート400dの第二部420cよりもZ軸マイナス方向の部位が、蓄電素子300の容器310の長側面部311のZ軸方向における中央部に向けて湾曲状に突出する。第一部410dは、Z軸方向において、両端部が外装体本体100の第一壁部110に当接し、中央部が長側面部311の中央部に当接する。第二部420cは、第一部410dよりもX軸方向(第一方向)における幅が大きく形成されている。第一部410d及び第二部420cのX軸方向(第一方向)における幅の定義は、上記変形例2と同様である。
以上のように、本変形例に係る蓄電装置によれば、上記実施の形態及び変形例2と同様の効果を奏することができる。特に、本変形例では、第一部410dが、蓄電素子300の中央部に向けて突出して配置されることで、蓄電素子300の中央部を効果的に押圧できる。蓄電素子300は、一般的に中央部が膨れるが、蓄電素子300の中央部を効果的に押圧できれば、蓄電素子300の中央部が膨れるのをより抑制できる。これにより、蓄電素子300の損傷を抑制できる。
(その他の変形例)
以上、本実施の形態(その変形例も含む)に係る蓄電装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。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く、本発明の範囲には、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。
例えば、上記実施の形態では、エンドプレート400(400a、400c及び400dも含む、以下同様)は、蓄電素子300の容器310の長側面部311の全体を覆うこととしたが、長側面部311の全体を覆うことには限定されない。例えば、エンドプレート400は、Y軸方向において長側面部311よりも短く形成されてもよいし、Z軸方向において長側面部311よりも短く形成されてもよい。
上記実施の形態では、Z軸プラス方向を第二方向の一方側とし、Z軸マイナス方向を第二方向の他方側としたが、Z軸マイナス方向を第二方向の一方側とし、Z軸プラス方向を第二方向の他方側としてもよい。つまり、第一壁部110は、Z軸マイナス方向の部位がZ軸プラス方向の部位よりも蓄電素子300との距離が大きく、第二部420(420a~420cも含む、以下同様)は、エンドプレート400のZ軸マイナス方向に配置されていてもよい。
上記実施の形態では、蓄電素子300の容器310のZ軸プラス方向の端部に接合部310aが形成されていることとしたが、接合部310aは、容器310のZ軸マイナス方向の端部に形成されていてもよいし、その他の位置に形成されていてもよい。
上記実施の形態において、第二部420は、接合部310aと容器310の中心位置との間の、接合部310aとの距離の方が容器310の中心位置との距離よりも大きい位置に配置されてもよい。第二部420は、接合部310aと容器310の中心位置との間に配置されなくてもよい。上記変形例2、3において、第二部420cは、第一壁部110に向けて突出して配置されてもよい。上記変形例3において、第一部410dは、蓄電素子300の端部に向けて突出して配置されてもよいし、第一壁部110に向けて突出して配置されてもよい。このように、エンドプレート400として、種々の形状を適用できる。
上記実施の形態では、一対のエンドプレート400の双方が上記構成を有していることとしたが、いずれか一方のエンドプレート400が上記構成を有していなくてもよい。
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、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、エンドプレート、または、エンドプレートと外装体との組み合わせとしても実現することができる。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を備えた蓄電装置等に適用できる。
10 蓄電装置
11 外装体
100 外装体本体
110 第一壁部
120 第二壁部
130 第三壁部
200 外装体蓋体
210 外部端子
300 蓄電素子
310 容器
310a 接合部
311 長側面部
312 短側面部
313 底面部
320 容器本体
330 容器蓋体
331 ガス排出弁
340 電極端子
350 電極体
351 端部
360 集電体
400、400a、400c、400d エンドプレート
410、410c、410d 第一部
420、420a、420c 第二部
500 バスバー

Claims (6)

  1. 蓄電素子と、第一方向において前記蓄電素子と並んで配置されるエンドプレートと、前記蓄電素子及び前記エンドプレートが収容される外装体と、を備える蓄電装置であって、
    前記外装体は、前記蓄電素子とで前記エンドプレートを挟む位置に壁部を有し、
    前記壁部は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側の方が他方側よりも、前記第一方向における前記蓄電素子との距離が大きく、
    前記エンドプレートは、前記第二方向の一方側に、前記第二方向の他方側の第一部よりも前記第一方向における幅が大きい第二部を有し、
    前記第二部は、一体的に形成された部位であり、かつ、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に曲がった形状を有する
    蓄電装置。
  2. 蓄電素子と、第一方向において前記蓄電素子と並んで配置されるエンドプレートと、前記蓄電素子及び前記エンドプレートが収容される外装体と、を備える蓄電装置であって、
    前記外装体は、前記蓄電素子とで前記エンドプレートを挟む位置に壁部を有し、
    前記壁部は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側の方が他方側よりも、前記第一方向における前記蓄電素子との距離が大きく、
    前記エンドプレートは、前記第二方向の一方側に、前記第二方向の他方側の第一部よりも前記第一方向における幅が大きい第二部を有し、
    前記第二部は、一体的に形成された部位であり、かつ、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に複数重なった形状、または、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に曲がった形状を有し、
    前記外装体は、前記蓄電素子及び前記エンドプレートの前記第二方向の他方側に底壁部を有する
    蓄電装置。
  3. 蓄電素子と、第一方向において前記蓄電素子と並んで配置されるエンドプレートと、前記蓄電素子及び前記エンドプレートが収容される外装体と、を備える蓄電装置であって、
    前記外装体は、前記蓄電素子とで前記エンドプレートを挟む位置に壁部を有し、
    前記壁部は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側の方が他方側よりも、前記第一方向における前記蓄電素子との距離が大きく、
    前記エンドプレートは、前記第二方向の一方側に、前記第二方向の他方側の第一部よりも前記第一方向における幅が大きい第二部を有し、
    前記第二部は、一体的に形成された部位であり、かつ、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に複数重なった形状、または、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に曲がった形状を有し、
    前記蓄電素子は、容器を有し、
    前記容器の前記第二方向の一方側には、接合部が形成されている
    電装置。
  4. 前記第二部は、前記第二方向において、前記接合部と前記容器の中心位置との間、かつ、前記接合部との距離の方が前記容器の中心位置との距離よりも小さい位置に配置される
    請求項に記載の蓄電装置。
  5. 蓄電素子と、第一方向において前記蓄電素子と並んで配置されるエンドプレートと、前記蓄電素子及び前記エンドプレートが収容される外装体と、を備える蓄電装置であって、
    前記外装体は、前記蓄電素子とで前記エンドプレートを挟む位置に壁部を有し、
    前記壁部は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側の方が他方側よりも、前記第一方向における前記蓄電素子との距離が大きく、
    前記エンドプレートは、前記第二方向の一方側に、前記第二方向の他方側の第一部よりも前記第一方向における幅が大きい第二部を有し、
    前記第二部は、一体的に形成された部位であり、かつ、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に複数重なった形状、または、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に曲がった形状を有し、
    前記第二部は、前記蓄電素子に向けて突出して配置される
    電装置。
  6. 蓄電素子と、第一方向において前記蓄電素子と並んで配置されるエンドプレートと、前記蓄電素子及び前記エンドプレートが収容される外装体と、を備える蓄電装置であって、
    前記外装体は、前記蓄電素子とで前記エンドプレートを挟む位置に壁部を有し、
    前記壁部は、前記第一方向と交差する第二方向の一方側の方が他方側よりも、前記第一方向における前記蓄電素子との距離が大きく、
    前記エンドプレートは、前記第二方向の一方側に、前記第二方向の他方側の第一部よりも前記第一方向における幅が大きい第二部を有し、
    前記第二部は、一体的に形成された部位であり、かつ、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に複数重なった形状、または、前記エンドプレートの前記第二方向の一方側の部位が前記第一方向に曲がった形状を有し、
    前記第一部は、前記蓄電素子の前記第二方向における中央部に向けて突出して配置される
    電装置。
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