JP5673385B2

JP5673385B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5673385B2
Application number: JP2011138960A
Authority: JP
Inventors: 修弘中島
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: JP2013008479A

Description

本発明は、組電池の製造に適した単電池の電槽ケースに関する。

複数の単電池を連結してモジュール（組電池）とする技術として、複数の単電池と、積層された各単電池の間に配される電池隔壁と、それらを挟持するための一対のエンドプレートと、エンドプレートに突出形成された締結部材と、その締結部材に挿通されて一対のエンドプレートを締結する締結ロッドとを含む二次電池モジュールが知られている（特許文献１）。

特開２００６−１５６３９２号公報

一対のエンドプレートと締結（連結）ロッドのみで組電池を狭持する従来の構造に対して、本件発明者は、各単電池の側面に連結ロッドの貫通孔を設けた連結部材を設けた新規な構造を検討している。

しかし、貫通孔とエンドプレートはいずれも同心円でしかも貫通孔の内径は連結ロッドの内径よりも連結ロッドを挿通する際のクリアランスの分だけ大きいため、振動や衝撃によりガタツキ（backlash）が発生しやすい。さらに、長期間に亘る振動環境下ではガタツキが増大し、貫通孔が摩耗すると共に連結ロッドにも負荷がかかりやすい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、組電池を長期間に亘る振動環境下においた場合でも振動や衝撃によるガタツキの発生を抑えることを技術的課題とする。

本発明に係る電槽ケースは、前記電槽ケースは幅の狭い一対の短側面と幅の広い一対の長側面とを有する直方体状であり、前記一対の短側面の各上下両端部に連結部材を備え、
前記連結部材は、前記短側面の幅方向に貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記幅方向に対してテーパー形状であることを特徴とする。

また、上記の該電槽ケースに収容された発電要素と、前記電槽ケースの上方に前記発電要素の出力端子とを備えることで単電池を構成することができ、さらに、この単電池を複数配置して連結することで組電池を構成することができる。

本発明を用いて構成した組電池は、長期間に亘る振動環境下においた場合でも振動や衝撃によるガタツキの発生と増大が抑えられる。

第１の実施形態の組電池、（ａ）は連結部材の断面図であり、（ｂ）は連結ロッドの挿入を説明する図第１の実施形態の組電池の単電池、（ａ）は単電池の斜視図であり、（ｂ）は単電池の正面図第１の実施形態の組電池の斜視図第２の実施形態の組電池のフェルールの挿入を説明する図第３の実施形態の組電池、（ａ）は緩衝部材の取り付けを説明する図であり、（ｂ）は緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図第４の実施形態の組電池、（ａ）は緩衝部材の取り付けを説明する図であり、（ｂ）は緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図各実施形態で説明する単電池を収容する電槽ケース

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一又は同種の機能を発揮する構成部分については同じ符号を用いて説明を省略する場合がある。また、各実施形態はいずれも例示であり、本発明について限定的な解釈を与えるものではない。まず、第１の実施形態の組電池の全体について説明する。

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態の組電池の斜視図である。組電池２０は、複数の単電池１０と、一対のエンドプレート１１と、連結ロッド１２と、ナット１３と、両端部に凸部が設けられたスペーサー１４とを有する。

図２は、図３の組電池の単電池を示す図である。図２（ａ）は、単電池の斜視図であり、図２（ｂ）は、単電池の正面図である。図２（ａ）に示すように、単電池１０は、発電要素が電槽ケース１に収容され、単電池１０の上面両端部に正極端子２及び負極端子３が設けられ、中央部に安全弁６が設けられる。

図７（ａ）は、電槽ケース１の斜視図であり、図７（ｂ）は、電槽ケース１の正面図である。この図に示すように、電槽ケース１は、幅の狭い一対の短側面と幅の広い一対の長側面とを有する直方体状であり、電槽ケース１の内部に正極、負極、電解質等を備えた発電要素を収容することができる。そして、この一対の短側面のそれぞれに樹脂などで構成される連結部材４、５が設けられる。なお、この電槽ケースは以下の各実施形態で説明する単電池に用いられるものである。

図１（ａ）は、単電池を並置した状態を示す断面図であり、連結部材の内部構造を示している。図１（ｂ）は、連結ロッドの挿入方向を説明する図であり、破線の矢印は、連結ロッドの挿入する方向を示している。

図１（ａ）に示すように、連結部材４は、短側面の幅方向に貫通する貫通孔４１、４２と窓枠部４４を備え、複数の単電池を並置した状態でこの貫通孔に連結ロッド１２を挿通して両端部をナット等の締結具で狭持することで組電池を構成することができる。また、図１（ａ）には表れないが、電槽ケースの短側面の反対側にも連結部材５が設けられている。連結部材５は連結部材４と同径同大の部材からなる。

図２に示すように、本実施形態で例示する電槽ケース１は、一つの短側面に取り付けられる上下の連結部材が一体物で構成されており、その中央部に通じる窓枠部４４、５４をそれぞれ有する。窓枠部４４、５４は、単電池１０の短側面からの放熱を促進させる役割を担う。さらに、連結部材４，５には隣り合う単電池の間に間隙を形成するためのスペーサー１４が設けられている。窓枠部の両脇にはスペーサー１４を取り付けるための凹部４３、５３が設けられる。連結部材を上下一体に構成すると、射出成形により形成するにあたって射出口を減らせることで製造工程を簡素化できる利点があり、凹部４３、５３を設けることができる利点もある。ただし、上下の連結部材は別体で構成されていてもよい。別体で構成すると電槽ケースの露出部分が大きくなるため、窓枠部を設ける場合よりもさらに放熱を促進させる効果を有する。

本実施形態において、貫通孔４１，４２は口径Ｒ１から口径Ｒ２まで（Ｒ１＞Ｒ２）のテーパー形状（先細り形状）に加工され、上下で互いにテーパーの方向が逆に構成されている。連結ロッド１２は口径の大きい方の貫通孔から挿入する。口径の大きい方の貫通孔は連結ロッドを挿通するためのクリアランスを確保することに役立つ。口径の小さい方の貫通孔は連結ロッドの太さとほぼ同程度まで小さくしておくことで、各連結部材の結束力を向上させることができる。さらに、テーパーの方向を上下左右で互いに逆向きにすることで、結束の方向を分散させることができる。

図２（ｂ）に示すように、連結部材４又は連結部材５と短側面の曲面部分とにより間隙７が形成されている。間隙７を形成することによって、連結部材４、５が電槽ケース１に対し剥離方向の押圧力を受けた場合でも、ケースのエッジ部にＲが設けられている場合には、連結部材４、５と電槽ケース１との接着面がその負荷を直接受けにくくなる。また、後述するように連結部材４、５間に弾性体からなる緩衝部材を設ける場合は、設置のための間隙としても利用できる。

図２（ａ）に示すように、連結部材４、５の幅は、スペーサー１４の幅を考慮して電槽ケースの短側面の幅よりも大きく構成されているが、第３及び第４の実施形態で例示するように、電槽ケースの短側面の幅と同じにしておいて隣接する連結部材間にスペーサーとしても機能する緩衝部材を設けても良い。

電槽ケース１の材質は、例えば、アルミニウム等の金属や合成樹脂からなる。連結部材４、５の材質は、例えば樹脂などの連結ロッドよりも機械的に柔らかい部材からなり、例えば射出成形によって製造される。こうすることで、連結ロッドの出口側の貫通孔すなわち口径の小さい方の貫通孔の口径Ｒ２が連結ロッドの太さよりも若干細い場合でも、連結ロッドを挿入する際に、貫通孔の口径が押し広げられ、組立作業が容易でしかも結束力を向上させることができる。

連結部材４、５は、電槽ケース１に接着剤で接着して取り付けてもよく、射出成形によって金属製の電槽ケース１と一体化して形成してもよい。例えば、次の方法を用いてアルミニウム製の電槽ケースに樹脂の連結部材を接合してもよい。まず、トリアジンチオール誘導体を含有する電解質水溶液中で、電槽ケース（アルミニウム）を陽極とし、白金板、チタン板、又はカーボン板を陰極として、陽極と陰極との間に電圧を印加し、電槽ケースの表面に陽極酸化皮膜を形成する（電着工程）。その後電槽ケースを温度４０℃〜６０℃の水で５秒〜１２０秒間洗浄する（洗浄工程）。これにより、樹脂材料との接合性に優れたアルミニウム部材が電槽ケースに形成される。そして、射出成形で連結部材をそのアルミニウム部材に直接成形することでアルミニウム製の電槽ケースに樹脂の連結部材を接合することができる。

組電池２０の組み立て方法は次の通りである。まず、連結部材４と連結部材５とが交互に隣接するように単電池１０を並列させる。この際に、連結部材４、５の凹部にスペーサー１４の凸部をそれぞれ嵌合させて各単電池１０の間にスペーサー１４を配置する。次にそれらを一対のエンドプレート１１で挟持し、連結部材４、５及びエンドプレート１１の貫通孔４１、４２及び５１、５２に連結ロッド１２をそれぞれ口径の大きい方から挿入する。次に連結ロッド１２の両端部をナット１３により締め付けて各単電池１０を連結する。これにより、組電池２０を得ることができる。

なお、エンドプレート１１は機械的強度を高めることに役立つが強度が要求スペックを満たすのであれば、例えばナットで締め付けるだけのような、より簡易な固定具に変更してもよい。こうすることで組電池を軽量化することができる。

本実施形態で説明する電槽ケースを用いて構成した単電池により組電池を構成すると、組電池が長期間に亘る振動環境下におかれた場合でも、ガタツキが発生しにくくなり、連結部材間の緩みを抑えて組み立て状態を維持することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態の組電池は、連結部材の貫通孔と連結ロッドとの間に間隙を有するが、その間隙を埋めることで耐振動性を一層向上させることができる。

図４は、第２の実施形態の組電池に「フェルール」と呼ばれるリング状の部材を挿入する様子を説明した図である。矢印は、フェルールの挿入方向を示す。フェルールとは、管の継ぎ手の流体密封等に用いられる金属製のリング状部材であり、連結ロッドを締め付けることで変形してくさびのような働きによって締結力を高める。本実施形態においては、図４に示すように、フェルール１５は、連結ロッドを貫通孔４１、４２、５１、５２にそれぞれ挿入する前に、予め各貫通孔のいずれも口径の小さい側から挿入し、連結ロッドにナットを締め付けることで変形して締結力を高める。

第２の実施形態によると、フェルール１５によって連結ロッドと貫通孔との密着性を高め、連結ロッドと貫通孔との間隙により生じるガタツキを抑えて耐振動性を向上させることができる。貫通孔と連結ロッドとの間隙を埋めるその他の手段としては、「フェルール」に代えて、例えばシールテープなどの「シール材」を用いてもよい。

（第３の実施形態）
上記第１及び第２の実施形態で例示した組電池は、各連結部材の幅を電槽ケースの短側面と幅を等しくすると共に、隣接する連結部材同士間に緩衝部材を設けてもよい。図５は、第３の実施形態の組電池の一例を示す図である。図５（ａ）は、緩衝部材を取り付ける様子を説明する図であり、図５（ｂ）は、緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図である。なお、図５は、その他の単電池、エンドプレート、連結ロッド等を省略している。矢印は、緩衝部材の嵌合凸部の挿入される方向を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、緩衝部材１６は、ゴム等の弾性部材からなり、嵌合凸部１７を有する。緩衝部材１６は、連結部材４、５の上下両端部でそれぞれ挟まれるように配置される。この際に、嵌合凸部１７は電槽ケース１の短側面と連結部材４又は連結部材５により形成された間隙７にそれぞれ嵌合され、緩衝部材１６自身の回転を防止する。

緩衝部材１６は弾性部材で構成されるため、組電池が機械的衝撃を受けた際に各単電池への衝撃を緩和する。特に、連結部材同士が直接接する場合と比べて、組電池が外部からの衝撃による応力を受けた場合でもその応力が連結部材を通じて直接伝達することがなくなるため、連結部材の損傷や剥離が抑えられる。

第３の実施形態の組電池は、緩衝部材１６で各単電池１０間の振動や衝撃を緩衝させて各単電池１０間の緩みを抑えることができる。また、緩衝部材１６をスペーサーとすることで各単電池１０間の距離を調整することができる。しかも、高価な各単電池の電槽ケースの構成部品（ＡＳＳＹ）の規格点数を減らすことができ、コスト的にも有利である。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態の組電池の他の例を示す図である。図６（ａ）は、緩衝部材を取り付ける様子を説明する図であり、図６（ｂ）は、緩衝部材の取り付け後の組電池を示す図である。なお、図６は、その他の単電池、エンドプレート、連結ロッド等を省略している。矢印は、緩衝部材の嵌合凸部の挿入される方向を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、単電池９１は、一対の短側面のそれぞれに樹脂などで構成される連結部材９２、９３が設けられている。連結部材９２、９３以外の単電池９１の構成は基本的に第１の実施形態の単電池１０と同じである。連結部材９２は、連結部材４と同様の構成に、さらに上下両端部に溝９４を設けたものである。また、連結部材９３は、連結部材５と同様の構成に、さらに上下両端部に溝９４を設けたものである。緩衝部材９５は、ゴム等の弾性部材からなり、嵌合凸部９６を有する。緩衝部材９５は、連結部材９２、９３の上下両端部でそれぞれ挟まれるように配置される。この際に、嵌合凸部９６は連結部材９２又は連結部材９３の溝９４にそれぞれ嵌合され、緩衝部材９５自身の回転を防止する。緩衝部材９５は、組電池が機械的衝撃を受けた際に各単電池への衝撃を緩和する。

第４の実施形態の組電池は、緩衝部材９５で各単電池９１間の振動や衝撃を緩衝させて各単電池９１間の緩みを抑えることができる。また、緩衝部材９５をスペーサーとすることで各単電池９１間の距離を調整することができる。しかも、高価な各単電池の電槽ケースの構成部品（ＡＳＳＹ）の規格点数を減らすことができ、コスト的にも有利である。

１電槽ケース
２、３出力端子
４、５連結部材
６安全弁
７間隙
１０単電池
１１エンドプレート
１２連結ロッド
１３ナット
１４スペーサー
１５フェルール
１６緩衝部材
２０組電池
４１、４２、５１、５２貫通孔
４３、５３凹部

Claims

電槽ケースと、前記電槽ケースに収容された発電要素と、前記発電要素の出力端子とを備える単電池を複数並置した単電池群、前記単電池群を挟持するための固定具、及び連結ロッドを含む組電池であって、
前記出力端子は、前記電槽ケースの上方に備えられ、
前記電槽ケースは、幅の狭い一対の短側面と幅の広い一対の長側面とを有する直方体状であり、前記一対の短側面の各上下両端部に連結部材を備え、
前記連結部材は、前記短側面の幅方向に貫通する貫通孔を備え、
前記貫通孔は、前記幅方向に対してテーパー形状であり、
前記連結ロッドは、前記貫通孔に挿通されて前記単電池群及び前記固定具を連結し、
前記テーパー形状の貫通孔における小さい方の口径は、前記連結ロッドの太さと同じであるか、又は前記連結ロッドの太さよりも小さい、組電池。
前記貫通孔のテーパー形状は、前記連結部材の上下両端部で逆向きである請求項１に記載の組電池。