WO2026018809A1 - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
蓄電装置は、蓄電素子を備える蓄電ユニットと、蓄電ユニットの第一方向に配置される配線基板と、を備え、配線基板は、複数の配線が配置された基板本体、及び、基板本体と蓄電ユニットとを接続する複数の接続片を備え、蓄電ユニットは、配線基板の外周に配置される制限部を備え、制限部は、配線基板の周縁部に接触することで、配線基板の第一方向と交差する方向の移動を制限する。
Description
本発明は、蓄電装置に関する。
特許文献1には、接続モジュールを備える蓄電モジュールが開示されている。接続モジュールは、複数の蓄電素子が一列に並べられた蓄電素子群に取り付けられて、複数の蓄電素子を直列に接続する。接続モジュールは、フレキシブルプリント基板(FPC)と、FPCに接続された複数のバスバーと、バスバーとFPCとを保持する樹脂プロテクタとを備える。FPCは、長方形の帯状をなすFPC本体を備える。樹脂プロテクタは、FPC本体を保持するFPC保持部を備える。FPC本体は位置決め孔を有しており、FPC保持部は、FPC本体の位置決め孔に挿通される位置決め突起を備えている。
上記従来の電池モジュールが備える接続モジュールでは、樹脂プロテクタのFPC保持部が備える位置決め突起を、FPC本体の位置決め孔に挿通させることで、FPC本体は、樹脂プロテクタに対して位置決めされる。しかしながら、FPC本体は、銅箔によって形成された導通路と、導通路の両面を被覆する絶縁樹脂フィルムとを備えている。従って、FPC本体における導通路が配置された領域には位置決め孔が配置できない。その結果、位置決め孔を配置する領域を確保するために、FPC本体が大型化するという問題が生じ得る。
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、配線基板の大型化を抑制できる蓄電装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る蓄電装置は、蓄電素子を備える蓄電ユニットと、前記蓄電ユニットの第一方向に配置される配線基板と、を備え、前記配線基板は、複数の配線が配置された基板本体、及び、前記基板本体と前記蓄電ユニットとを接続する複数の接続片を備え、前記蓄電ユニットは、前記配線基板の外周に配置される制限部を備え、前記制限部は、前記配線基板の周縁部に接触することで、前記配線基板の前記第一方向と交差する方向の移動を制限する。
本発明に係る蓄電装置によれば、配線基板の大型化が抑制される。
(1)本発明の一態様に係る蓄電装置は、蓄電素子を備える蓄電ユニットと、前記蓄電ユニットの第一方向に配置される配線基板と、を備え、前記配線基板は、複数の配線が配置された基板本体、及び、前記基板本体と前記蓄電ユニットとを接続する複数の接続片を備え、前記蓄電ユニットは、前記配線基板の外周に配置される制限部を備え、前記制限部は、前記配線基板の周縁部に接触することで、前記配線基板の前記第一方向と交差する方向の移動を制限する。
本発明の一態様に係る蓄電装置によれば、配線基板の外周に制限部が配置される。これにより、基板本体に、配線基板の移動を制限する部位が貫通する貫通孔等を設ける必要がない。従って、例えば、第一方向から見た場合(平面視)における基板本体の広い範囲に配線を配置できる。これにより、配線基板の大型化を抑制できる。
(2)上記(1)に記載の蓄電装置において、前記配線基板は、さらに、前記基板本体の、前記第一方向と交差する第二方向の端部に設けられたコネクタを備え、前記制限部は、前記第二方向における前記基板本体の中央部に対して前記コネクタに近い位置に配置されている、としてもよい。
基板本体におけるコネクタに近い位置では、配線の密度が比較的に高くなるため、基板本体に貫通孔等を配置し難い。この点に関し、上記(2)に記載の蓄電装置によれば、基板本体の中央部に対してコネクタに近い位置であって、かつ、配線基板の外周に、制限部が配置される。従って、配線の密度が高い領域において、配線の配置を邪魔しない態様で、制限部による基板本体の移動の制限効果が得られる。
(3)上記(2)に記載の蓄電装置において、前記蓄電ユニットは、複数の前記制限部を備え、前記複数の前記制限部のうちの、前記第二方向における前記基板本体の中央部に対して前記コネクタに近い位置に配置されている前記制限部の数は、前記第二方向における前記基板本体の中央部に対して前記コネクタから遠い位置に配置されている前記制限部の数よりも多い、としてもよい。
上記(3)に記載の蓄電装置によれば、配線基板の外周に複数の制限部が配置される。さらに、複数の制限部のうちの、より多くの数の制限部が、配線の密度が高い位置において、配線の配置を邪魔しない態様で配置される。これにより、基板の大型化を抑制しつつ、配線基板の移動をより確実に、及び/または、より精度よく制限できる。
(4)上記(1)から(3)のいずれかひとつに記載の蓄電装置において、前記配線基板の周縁部は、第一周縁部と第二周縁部とを含み、前記第一周縁部は、前記第一方向と交差する第二方向に延び、前記第二周縁部は、前記第一方向及び前記第二方向と交差する第三方向に延び、前記制限部は、前記第一周縁部及び前記第二周縁部に沿う位置に配置される、としてもよい。
上記(4)に記載の蓄電装置によれば、制限部が第一周縁部と接触することで基板本体の第三方向の移動が制限され、かつ、制限部が第二周縁部と接触することで、基板本体の第二方向の移動が制限される。これにより、1つの制限部によって、基板本体の移動をより効率よく制限できる。
(5)上記(1)から(4)のいずれかひとつに記載の蓄電装置において、前記蓄電ユニットは、前記蓄電素子及び前記複数の接続片のうちの1つの接続片に接続されるバスバーと、前記バスバーを保持し、かつ、前記蓄電素子の前記第一方向に配置されるバスバーケースと、を備え、前記制限部は、前記バスバーケースに配置されている、としてもよい。
上記(5)に記載の蓄電装置によれば、配線基板に第一方向で近い位置に配置されるバスバーケースが、制限部の基礎となる部材として利用される。これにより、制限部は配線基板の移動をより安定的に制限できる。
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。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、製造工程の順序等は、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、蓄電素子が有する一対の端子の並び方向、または、蓄電素子の容器における一対の短側面の対向方向を、X軸方向と定義する。蓄電素子の容器における一対の長側面の対向方向、蓄電素子の容器の厚さ方向(扁平方向)、または、蓄電ユニットが有する複数の蓄電素子の並び方向を、Y軸方向と定義する。蓄電素子の端子の突出方向、蓄電素子の容器本体と蓋板との並び方向、蓄電ユニットと配線基板との並び方向、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。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、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。単にX軸方向という場合は、X軸プラス方向及びX軸マイナス方向の双方向またはいずれか一方の方向を示す。X軸方向の一方側及び他方側という場合は、X軸プラス方向及びX軸マイナス方向のうちの一方及び他方を示す。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。平行及び直交等の、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つの方向が平行であるとは、当該2つの方向が完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行であること、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。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。絶縁性を有する材料の体積抵抗率は、1×106Ωm以上が好ましく、1×107Ωm以上がより好ましく、1×1010Ωm以上がさらに好ましい。
(実施の形態)
[1.蓄電装置1の全般的な説明]
まず、本実施の形態に係る蓄電装置1の概略構成について説明する。図1は、実施の形態に係る蓄電装置1の構成を示す斜視図である。図1では、蓄電ユニット50をケース本体610から取り出し、かつ、蓄電ユニット50を、蓄電素子列10とバスバーユニット400とに分離した状態を図示している。図2は、実施の形態に係る配線基板500及びバスバーユニット400の構成を示す斜視図である。図2では、配線基板500及び複数のバスバー300をバスバーケース401から分離して図示している。図3は、実施の形態に係るバスバー300及び当該バスバー300によって接続される2つの蓄電素子100の斜視図である。図3に示される2つの蓄電素子100は、蓄電素子列10においてY軸方向で隣り合う2つの蓄電素子100である。
[1.蓄電装置1の全般的な説明]
まず、本実施の形態に係る蓄電装置1の概略構成について説明する。図1は、実施の形態に係る蓄電装置1の構成を示す斜視図である。図1では、蓄電ユニット50をケース本体610から取り出し、かつ、蓄電ユニット50を、蓄電素子列10とバスバーユニット400とに分離した状態を図示している。図2は、実施の形態に係る配線基板500及びバスバーユニット400の構成を示す斜視図である。図2では、配線基板500及び複数のバスバー300をバスバーケース401から分離して図示している。図3は、実施の形態に係るバスバー300及び当該バスバー300によって接続される2つの蓄電素子100の斜視図である。図3に示される2つの蓄電素子100は、蓄電素子列10においてY軸方向で隣り合う2つの蓄電素子100である。
蓄電装置1は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電できる装置である。蓄電装置1は、例えば、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1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、無人搬送車(AGV:Automatic Guided Vehicle)、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)及び化石燃料(ガソリン、軽油、液化天然ガス等)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。また、蓄電装置1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1は、蓄電ユニット50と、蓄電ユニット50のZ軸プラス方向に配置された配線基板500と、蓄電素子列10等を収容するケース600と、を備えている。Z軸プラス方向は第一方向の一例である。蓄電装置1は、外部の装置と電気的に接続するための外部端子(正極外部端子及び負極外部端子)等も備えているが、それらの図示及び説明は省略する。蓄電装置1は、上記の構成要素の他、蓄電素子列10の充電状態及び放電状態等を監視または制御する回路基板及びリレー等の電気機器を備えていてもよい。
蓄電ユニット50は、蓄電素子列10と、蓄電素子列10のZ軸プラス方向に配置されたバスバーユニット400とを備える。蓄電素子列10は、複数の蓄電素子100を有する電池モジュール(組電池)である。蓄電素子列10は、複数(本実施の形態では34個)の蓄電素子100がY軸方向に並べられることで、Y軸方向に長い略直方体形状を有している。ここでいう直方体とは、すべての面が長方形または正方形で構成された六面体である。Y軸方向は第二方向の一例である。蓄電素子列10に含まれる複数の蓄電素子100は、複数のバスバー300によって電気的に接続されている。蓄電素子列10は、図示しないスペーサを備えてもよい。具体的には、Y軸方向に並ぶ2つの蓄電素子100の間にセル間スペーサが配置されてもよい。蓄電素子列10のY軸方向の両端部にエンドスペーサが配置されてもよい。これらスペーサのそれぞれは、当該スペーサに隣接する1以上の蓄電素子100を保持するセルホルダとして機能してもよい。
本実施の形態において、蓄電素子列10は、複数の蓄電素子100をY軸方向で拘束する拘束部材(エンドプレート及びサイドプレート等)を備えていない非拘束タイプのモジュールである。しかし、蓄電素子列10は、拘束部材によってY軸方向で拘束されていてもよい。
蓄電素子100は、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100は、図3に示すように、扁平な直方体形状(角形)の容器110を備える。容器110の内部には、図示しない電極体、集電体、及び電解液等が収容されている。当該電極体としては、例えば、極板とセパレータとが巻回されて形成された巻回型、また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)の電極体が採用される。容器110に収容される電解液としては、蓄電素子100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、様々なものを選択できる。蓄電素子100は、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100は、一次電池であってもよい。蓄電素子100は、固体電解質を用いた電池であってもよい。蓄電素子100の形状は、上記角形には限定されず、それ以外の多角柱形状、円柱形状、楕円柱形状、長円柱形状等であってもよい。
図3に示すように、容器110は、一対の長側面111と、一対の短側面112と、底面113と、端子配置面130とを備える直方体形状のケースである。端子配置面130には、一対の端子140と、ガス排出弁131とが設けられている。容器110は、端子配置面130以外を形成する容器本体の内部に電極体等を収容後、容器本体と、端子配置面130を形成する蓋板とが溶接等されることにより、内部を密封できる構造となっている。なお、容器110の材質は特に限定されないが、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な金属であるのが好ましい。
端子140は、容器110に収容された電極体に電気的に接続される端子部材である。本実施の形態では、端子配置面130から、Z軸プラス方向に突出して設けられている。一対の端子140のうちの一方は、電極体の正極と電気的に接続され、他方は電極体の負極と電気的に接続される。以下、負極の端子140と正極の端子140とを区別する場合、負極の端子140を負極端子140Bと称し、正極の端子140を正極端子140Aと称する。端子140は、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で形成されている。図3では、Y軸マイナス方向の蓄電素子100の負極端子140Bと、Y軸プラス方向の蓄電素子100の正極端子140Aとが、バスバー300によって接続されることが示されている。
本実施の形態に係るバスバー300は、第一接合部310、第二接合部320、及び、接続板部350を備える。第一接合部310及び第二接合部320のそれぞれは、端子140の上面に接合される板状の部分である。第一接合部310及び第二接合部320のそれぞれと端子140との接合の手法に特に限定はないが、例えばレーザ溶接が用いられる。接続板部350は、第一壁部370と、第二壁部380と、第一壁部370及び第二壁部380を接続する平板部360とを備える。第一接合部310と平板部360とは第一壁部370を介して接続されている。第二接合部320と平板部360とは第二壁部380を介して接続されている。本実施の形態では、平板部360は、Y軸方向に平行な姿勢で配置されている。平板部360は、後述する配線基板500に接続された導電部材580が接合される部位である。導電部材580は、導電性を有する金属で形成された部材である。導電部材580とバスバー300との接合の手法に特に限定はない。レーザ溶接などの溶接、ネジを用いた結合、またはかしめ等が、導電部材580とバスバー300との接合の手法として採用され得る。
蓄電装置1が備えるバスバー300の形状は、図3等に示す形状には限定されない。バスバー300は、Y軸方向で隣り合う少なくとも2つの蓄電素子100を電気的に接続できる形状及びサイズであればよい。バスバー300は、例えば、XY平面に平行な平板状の金属板によって実現されてもよい。
ケース600は、蓄電素子列10を収容する略直方体形状(箱形)の容器である。ケース600は、蓄電素子列10の外方に配置され、衝撃等から蓄電素子列10を保護する。ケース600は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄、メッキ鋼板等の金属製の部材によって形成されている。本実施の形態では、ケース600は、アルミニウムのダイカスト(アルミダイカスト)により形成されている。ケース600が金属製であることは必須ではなく、ケース600は、樹脂材料等の絶縁性を有する材料によって形成されてもよい。
図1に示すように、ケース600は、ケース本体610を有する。ケース本体610は、Z軸プラス方向に、蓄電素子列10の挿入が可能なサイズの開口610aが形成されたハウジング(筐体)である。ケース本体610は、X軸方向において蓄電素子列10と対向する側壁部611と、Y軸方向において蓄電素子列10と対向する側壁部612と、Z軸マイナス方向から蓄電素子列10を支持する底壁部615とを備える。X軸方向は第三方向の一例である。ケース600は、図示しない蓋体であって、ケース本体610の開口610aを塞ぐ蓋体をさらに備えてもよい。蓋体は、外部端子(正極外部端子及び負極外部端子)が配置された端子台を備えてもよい。
図2に示すように、バスバーユニット400は、複数のバスバー300と、複数のバスバー300を保持するバスバーケース401とを備える。バスバーユニット400は、蓄電素子列10のZ軸プラス方向において蓄電素子列10と対向している。バスバーケース401は、樹脂などの絶縁材料で形成された部材であり、複数のバスバー300を収容する複数のバスバー収容部410と、配線基板500を支持する基板支持部420とを備える。
バスバー収容部410は、箱形に形成された部分であり、バスバー300の下面(Z軸マイナス方向の面)を露出させた状態で、当該バスバー300を収容し保持する。本実施の形態では、図1及び図2に示されるように、Y軸方向で隣り合う2つの蓄電素子100が、バスバー300によって直列に接続されている。つまり、蓄電素子列10に含まれる複数の蓄電素子100は、複数のバスバー300によって直列に接続されている。本実施の形態では、蓄電素子列10におけるY軸プラス方向の端部の蓄電素子100の負極端子140Bには、複数のバスバー300のうちの1つであるバスバー382が接合される。蓄電素子列10におけるY軸マイナス方向の端部の蓄電素子100の正極端子140Aには、複数のバスバー300のうちの1つであるバスバー381が接合されている。これらバスバー382及び381も、バスバーケース401に保持される。バスバー382は、図示しない負極外部端子に電気的に接続される。バスバー381は、図示しない正極外部端子に電気的に接続される。
基板支持部420は、X軸方向においてバスバーケース401の中央部に配置された平板状の部位であり、配線基板500をZ軸マイナス方向から支持する。基板支持部420には、制限部440が設けられている。制限部440は、平面視(Z軸プラス方向から見た場合、以下同じ。)において、配線基板500の外周に配置されており、配線基板500の移動を制限する機能を有する。基板支持部420にはさらに、配線基板500を固定する凸部490も配置されている。制限部440及び凸部490の詳細については、図4~図9を用いて後述する。
本実施の形態に係る配線基板500は、可撓性を有するフレキシブルプリント基板(FPC:Flexible printed circuit)である。配線基板500は、配線530(図5A、図5Bを用いて後述)を形成する金属箔及び金属箔を挟む2つの絶縁層を含む多層構造を有している。具体的には、配線基板500は、例えば、ベースフィルムと、ベースフィルムの表面に配置された、配線530を形成する銅箔と、銅箔を覆うカバーレイとを備える。ベースフィルム及びカバーレイは絶縁性を有する樹脂で形成されている。配線基板500の厚みは、例えば0.1mm~1mm程度である。
配線基板500は、基板本体501と、基板本体501及び蓄電ユニット50を接続する接続片510とを備える。基板本体501は、平面視においてY軸プラス方向の端部が接続された、Y軸方向に長尺状なU字形状を有している。基板本体501のX軸方向の両端部には、Y軸方向に並ぶ複数の接続片510が設けられている。本実施の形態では、複数の接続片510は基板本体501に一体に設けられている。つまり、複数の接続片510は、基板本体501を形成するFPCの一部であるため、可撓性を有している。複数の接続片510のそれぞれには導電部材580が接続されており、複数の導電部材580のそれぞれは1つのバスバー300、381、または382と接続される。接続片510は、可撓性を有しているため、接続対象物(バスバー300等)の位置がずれた場合、接続対象物との接続部分を保護するように変形できる。配線基板500は、導電部材580を備える、としてもよい。この場合、配線基板500における、接続片510と導電部材580とからなる部分が、「接続片」であるとしてもよい。言い換えると、接続片510が導電部材580を含んでもよい。
配線基板500はさらに、基板本体501のY軸プラス方向の端部に接続されたコネクタ590を備える。具体的には、配線基板500は、基板本体501からY軸プラス方向に延びる連結部502を備えており、連結部502にコネクタ590が接続されている。コネクタ590には、例えば、蓄電装置1の充放電を制御する制御装置が接続される。制御装置は、複数の導電部材580及び配線基板500を介して、複数の蓄電素子100それぞれの電圧を検出し、検出結果に基づいて複数の蓄電素子100の充放電を制御する。つまり、本実施の形態において、導電部材580は、電圧検出用の端子(検出端子)である。導電部材580は、接続片510のZ軸プラス方向の面の一部に露出する配線530に、はんだ付け等によって接合される。
[2.制限部440及びその周辺の構成について]
次に、蓄電装置1が備える制限部440であって、配線基板500の移動を制限する制限部440及びその周辺の構成について、上述の図1~図3に加えて図4~図9を用いて説明する。
次に、蓄電装置1が備える制限部440であって、配線基板500の移動を制限する制限部440及びその周辺の構成について、上述の図1~図3に加えて図4~図9を用いて説明する。
図4は、実施の形態に係る複数の制限部440のレイアウト例を示す平面図である。図4では、バスバーケース401及び蓄電ユニット50のおおよその配置範囲が矩形の破線で示されている。図4では、Y軸方向における基板本体501の中心を通るX軸方向に平行な中心線CLが一点鎖線で表されている。図5Aは、配線基板500のY軸マイナス方向の一部における配線530のレイアウト例を示す平面図である。図5Bは、配線基板500のY軸プラス方向の一部における配線530のレイアウト例を示す平面図である。図5A及び図5Bでは、バスバーケース401の本体部(凸部490及び制限部440以外の部分)の図示は省略されている。図6は、実施の形態に係るバスバーユニット400及び配線基板500の一部を示す斜視図である。図7A~図7Cは、実施の形態に係る配線基板500に対する制限部440の位置を示す第1~第3の部分拡大図である。図7A~図7Cでは、制限部440の位置を認識しやすいように、制限部440に模様が付されている。図8は、実施の形態に係る制限部440の断面図である。図9は、実施の形態に係る凸部490の断面図である。図8では、図5BのVIII-VIII線断面の一部が表されており、図9では、図5AのIX-IX線断面の一部が表されている。
図4~図6に示すように、本実施の形態に係る蓄電装置1は、配線基板500を備える。配線基板500は、蓄電ユニット50が備えるバスバーケース401に配置されている。具体的には、バスバーケース401の基板支持部420に配線基板500が配置されている。本実施の形態に係る基板支持部420は、配線基板500の外周に配置される制限部440を備えている。本実施の形態では、バスバーケース401の基板支持部420に複数(本実施の形態では7つ)の制限部440が設けられている。
配線基板500の外周とは、平面視において配線基板500を取り巻く部分または区域である。配線基板500の外周に配置された制限部440は、図6、図7A、図7B、図7C、及び図8に示すように、配線基板500の周縁部505と接触することで配線基板500の移動を制限できる。これにより、制限部440は、蓄電装置1の製造時または使用時における配線基板500の位置を安定化できる。
蓄電装置1において、配線基板500は、配線基板500の周縁部505が制限部440と接触した状態で配置されてもよく、周縁部505が制限部440と接触しない状態で配置されてもよい。つまり、制限部440は、配線基板500の周縁部505と常に接触した状態である必要はない。配線基板500がZ軸方向と交差する方向に移動しようとした場合、当該方向で配線基板500の周縁部505と対向し、かつ、周縁部505に近接した位置に制限部440が配置されていれば、周縁部505と制限部440とが接触することで、配線基板500の移動が制限される。
本実施の形態に係る蓄電装置1は、配線基板500のバスバーケース401に対する移動を制限する部位として、さらに、凸部490を備えている。凸部490は、制限部440と同じく、バスバーケース401の基板支持部420に設けられている。凸部490は、制限部440とは異なり、配線基板500に設けられた貫通孔509を貫通した状態で配線基板500の移動を制限する。基板支持部420には複数の凸部490が備えられており、これら複数の凸部490は、配線基板500におけるコネクタ590から遠い領域に配置されている。
より具体的には、配線基板500は、基板本体501と、基板本体501から延びる複数の接続片510とを備え、複数の接続片510のそれぞれには導電部材580が接続されている。配線基板500には、これら複数の導電部材580と接続された複数の配線530が備えられている。複数の配線530のそれぞれは、図5A及び図5Bに示すように、複数の導電部材580とコネクタ590とを接続するように、Y軸方向に延びて配置されている。従って、互いに異なる導電部材580と接続された複数の配線530は、基板本体501においてX軸方向に並んで配置される。つまり、配線基板500において、Y軸方向に並ぶ複数の接続片510のそれぞれからは、コネクタ590に向けて配線530が延びて配置されている。その結果、基板本体501において、コネクタ590から遠い領域、すなわち、基板本体501におけるY軸マイナス方向の領域では、図5Aに示すように、配線530の密度は比較的に小さい。従って、基板本体501における、配線530が配置されていない領域が比較的に広い。そのため、基板本体501におけるY軸マイナス方向の領域では、凸部490が貫通する貫通孔509の位置の自由度が高い。そこで、本実施の形態では、配線基板500におけるコネクタ590から遠い領域に、複数の貫通孔509が設けられる。これにより、配線基板500の当該領域に含まれる部分の移動が1以上の凸部490によって制限される。
より具体的には、図9に示すように、本実施の形態に係る凸部490は、貫通孔509を貫通して配置される軸部491と、軸部491の先端部に配置され、軸部491よりも外径が大きい頭部492とを備える。このような構成の凸部490は、例えば、軸部491の先端部を熱かしめすることで形成される。平面視において、頭部492は、貫通孔509よりも大きい。そのため、凸部490は、配線基板500の、Z軸方向に交差する方向の移動、及び、Z軸方向に平行な方向の移動を制限できる。本実施の形態では、凸部490は、バスバーケース401と一体の部位であるが、バスバーケース401とは別体である凸部490を、バスバーケース401に接続してもよい。バスバーケース401に対する凸部490の接続の手法に特に限定はない。バスバーケース401と凸部490とは、接着、溶着、嵌合、または、ねじ結合等によって接続されてもよい。
一方、基板本体501における、コネクタ590に近い領域、すなわち、基板本体501におけるY軸プラス方向の領域では、図5Bに示すように、配線530の密度は比較的に大きい。従って、基板本体501における、配線530が配置されていない領域が比較的に小さい。そのため、基板本体501におけるY軸プラス方向の領域では貫通孔509を設けるスペースがほとんどない。特に、Y軸方向における複数の接続片510が並べられた範囲では、貫通孔509を設けることは困難である。そこで、本実施の形態では、平面視における配線基板500の内部ではなく、配線基板500の外周に、1以上の制限部440を配置する。これにより、1以上の制限部440によって、配線基板500の移動が制限される。
以上のように構成された蓄電装置1の技術的な特徴は、例えば以下のように説明される。
本実施の形態に係る蓄電装置1は、蓄電素子100を備える蓄電ユニット50と、蓄電ユニット50のZ軸プラス方向に配置される配線基板500と、を備える。配線基板500は、複数の配線530が配置された基板本体501、及び、基板本体501と蓄電ユニット50とを接続する複数の接続片510を備える。蓄電ユニット50は、配線基板500の外周に配置される制限部440を備える。制限部440は、配線基板500の周縁部505に接触することで、配線基板500のZ軸プラス方向と交差する方向の移動を制限する。
本実施の形態に係る蓄電装置1によれば、配線基板500の外周に制限部440が配置される。これにより、例えば基板本体501に、配線基板500の移動を制限する部位が貫通する貫通孔509等を設ける必要がない。従って、例えば、平面視における基板本体501の広い範囲に配線530を配置できる。つまり、基板本体501に、複数の配線530が配置される領域に加えて、貫通孔509等を設けるための領域を確保する必要がない。これにより、配線基板500の大型化を抑制できる。
配線基板500の周縁部505に沿う位置に、周縁部505に沿って延びる壁部を配置するよう設計した場合を想定する。この場合、配線基板500及び/または壁部の寸法公差によって、配線基板500のバスバーケース401への配置の際に、周縁部505が延びる方向における周縁部505の一部と壁部との干渉が生じやすい。これにより、配線基板500の一部に意図せぬ変形が生じる可能性がある。これを避けるために、周縁部505から離れた位置に壁部を配置する場合は、壁部は、実質的に、配線基板500の移動を制限することはできない。この点に関し、本実施の形態に係る制限部440は、例えば「ピン」、「突起」、または「柱状の部位」等と呼ばれる形状である。そのため、仮に、配線基板500をバスバーケース401に配置する際に、制限部440が周縁部505に接触したとしても、周縁部505が延びる方向における接触長さは比較的に短い。簡単に言うと、制限部440は、配線基板500の移動を「点」で制限する、と説明することもできる。従って、周縁部505に近い位置に配置するよう設計した場合であっても、配線基板500に、問題となるような変形を生じさせ難い。実施の形態に係る制限部440は、図6に示すように円柱形状の部位であるため、周縁部505とは湾曲面で接触する。従って、制限部440が周縁部505と接触した場合における接触部分の長さは、周縁部505と平面とが接触する場合の接触部分の長さよりも短い。よって、配線基板500及び/または制限部440等の寸法公差に起因する配線基板500の変形の問題の発生は、より確実に抑制される。
本実施の形態では、配線基板500は、さらに、基板本体501の、Z軸プラス方向と交差するY軸方向の端部に設けられたコネクタ590を備える(図4、図5B及び図6参照)。制限部440は、Y軸方向における基板本体501の中央部に対してコネクタ590に近い位置に配置されている。Y軸方向における基板本体501の中央部は、中心線CL(図4参照)を含む所定の範囲である。例えば、基板本体501における中心線CLを含む範囲であって、基板本体501のY軸方向の長さの10%程度の長さの範囲である。
基板本体501におけるコネクタ590に近い位置では、配線530の密度が比較的に高くなる(図5B参照)。そのため、基板本体501に貫通孔等を配置し難い。この点に関し、本実施の形態に係る蓄電装置1によれば、基板本体501の中央部に対してコネクタ590に近い位置であって、かつ、配線基板500の外周に、制限部440が配置される。従って、配線530の密度が高い領域において、配線530の配置を邪魔しない態様で、制限部440による基板本体501の移動の制限効果が得られる。すなわち、配線基板500の配線530の密度が高い領域に、貫通孔等を設けるための領域を追加する必要がない。
本実施の形態において、蓄電ユニット50は、複数の制限部440を備える。複数の制限部440のうちの、Y軸方向における基板本体501の中央部に対してコネクタ590に近い位置に配置されている制限部440の数は、Y軸方向における基板本体501の中央部に対してコネクタ590から遠い位置に配置されている制限部440の数よりも多い。具体的には、本実施の形態では、蓄電ユニット50は、7つの制限部440を備える。7つの制限部440は、例えば図4に示すように、制限部440a、440b、440c、440d、440e、440f、及び440gとして区別される。これら7個の制限部440のうち、基板本体501の中央部よりもコネクタ590に近い位置に、6つの制限部440(制限部440a~440f)が配置され、基板本体501の中央部よりもコネクタ590から遠い位置に、1つの制限部440(制限部440g)が配置されている。
この構成によれば、配線基板500の外周に複数の制限部440が配置される。さらに、複数の制限部440のうちの、より多くの数の制限部440が、配線530の密度が高い位置において、配線530の配置を邪魔しない態様で配置される。これにより、基板の大型化を抑制しつつ、基板本体501の移動をより確実に、及び/または、より精度よく制限できる。
本実施の形態において、配線基板500の周縁部505は、第一周縁部505aと第二周縁部505bとを含む(図5B、図7A~図7C参照)。第一周縁部505aは、Z軸プラス方向と交差するY軸方向に延びる。第二周縁部505bは、Z軸プラス方向及びY軸方向と交差するX軸方向に延びる。制限部440は、第一周縁部505a及び第二周縁部505bに沿う位置に配置される。
具体的には、図7Aに示すように、制限部440a及び制限部440bのそれぞれは、互いに交差する方向に延びる第一周縁部505a及び第二周縁部505bに沿う位置に配置されている。従って、制限部440aは、配線基板500のY軸マイナス方向及びX軸マイナス方向の移動を制限できる。制限部440bは、配線基板500のY軸マイナス方向及びX軸プラス方向の移動を制限できる。
図7Cに示すように、制限部440eは、X軸方向で対向する2つの第一周縁部505aと、第二周縁部505bとに沿う位置に配置されている。より詳細には、制限部440eは、接続片510におけるY軸方向に延びる部分に形成された第一周縁部505a及び基板本体501に形成された第一周縁部505a、並びに、接続片510におけるX軸方向に延びる部分に形成された第二周縁部505bに沿う位置に配置されている。従って、制限部440eは、配線基板500のY軸プラス方向、X軸プラス方向、及び、X軸マイナス方向の移動を制限できる。
図7Cに示すように、制限部440fは、第一周縁部505a及び第二周縁部505bに沿う位置に配置されている。より詳細には、制限部440eは、基板本体501に形成された第一周縁部505a、及び、接続片510におけるX軸方向に延びる部分に形成された第二周縁部505bに沿う位置に配置されている。従って、制限部440fは、配線基板500のY軸マイナス方向、及び、X軸プラス方向の移動を制限できる。
このように、本実施の形態に係る蓄電装置1では、制限部440が第一周縁部505aと接触することで基板本体501のX軸方向の移動が制限され、かつ、制限部440が第二周縁部505bと接触することで、基板本体501のY軸方向の移動が制限される。これにより、1つの制限部440によって、基板本体501の移動をより効率よく制限できる。さらに、第一周縁部505a及び第二周縁部505bに沿う位置に配置される制限部440の数を増やすことで、基板本体501の移動をさらに効率よく制限できる。
7つの制限部440のうちの制限部440c及び440dは、図7Bに示すように、第一周縁部505aに沿う位置に配置されている。具体的には、平面視でY軸方向に長尺状なU字形状の基板本体501は、おおまかに、X軸プラス方向の第一本体部501aと、X軸マイナス方向の第二本体部501bとに分けられる。制限部440cは、第二本体部501bのX軸プラス方向の第一周縁部505aに沿って配置される。これにより、配線基板500のX軸プラス方向の移動が制限される。制限部440dは、第一本体部501aのX軸マイナス方向の第一周縁部505aに沿って配置される。これにより、配線基板500のX軸マイナス方向の移動が制限される。
本実施の形態では、蓄電ユニット50は、蓄電素子100及び複数の接続片510のうちの1つの接続片510に接続されるバスバー300と、バスバー300を保持し、かつ、蓄電素子100のZ軸プラス方向に配置されるバスバーケース401と、を備える。制限部440は、バスバーケース401に配置されている。
この構成によれば、配線基板500にZ軸方向で近い位置に配置されるバスバーケース401が、制限部440の基礎となる部材として利用される。これにより、制限部440は、配線基板500の移動をより安定的に制限できる。より具体的には、本実施の形態では、Z軸方向で配線基板500と接する部材(バスバーケース401)に、Z軸方向に突出する部位である制限部440が設けられている(図6及び図8参照)。従って、制限部440における変形または変位し難い部分である根元部分(制限部440の、バスバーケース401と接続される端部)が、配線基板500の周縁部505と接触する。そのため、配線基板500の移動をさらに安定的に制限できる。
以上、実施の形態に係る蓄電装置1について制限部440及びその周辺の構成を中心に説明した。しかし、制限部440及びその周辺の構成は、図1~図8に示す構成とは異なる構成であってもよい。そこで、以下に、制限部440及びその周辺の構成についての変形例を、上記実施の形態との差分を中心に説明する。
[3-1.変形例1]
図10は、実施の形態の変形例1に係る制限部441の断面図である。図10における断面の位置は、図8における断面の位置に準じている。
図10は、実施の形態の変形例1に係る制限部441の断面図である。図10における断面の位置は、図8における断面の位置に準じている。
本変形例に係る制限部441は、実施の形態に係る制限部440に換えてまたは加えて蓄電装置1が備え得る部位である。制限部441は、配線基板500の周縁部505に接触することで、配線基板500の、Z軸プラス方向と交差する方向の移動を制限する。このことは実施の形態に係る制限部440と共通する。
本変形例に係る制限部441は、Z軸プラス方向と交差する方向(図10ではX軸方向)で配線基板500の周縁部505と対向する第一制限部441aと、Z軸プラス方向で配線基板500の周縁部505と対向する第二制限部441bとを備える。この点で、本変形例に係る制限部441は、実施の形態に係る制限部440と異なる。つまり、本変形例に係る制限部441は、Z軸方向で配線基板500に引っ掛かる爪部である第二制限部441bを備えている。
本変形例に係る制限部441によれば、配線基板500の、Z軸方向に交差する方向の移動、及び、Z軸プラス方向の移動を制限できる。つまり、図9に示される断面形状を有する凸部490と同様の効果が得られる。その結果、本変形例に係る蓄電装置1によれば、配線基板500の大型化を抑制しつつ、配線基板500の移動をより確実に制限できる。
本変形例に係る蓄電装置1において、凸部490が、バスバーケース401とは別体の部品として用意される場合、当該部品を、制限部441として用いてもよい。つまり、制限部441は、軸部と頭部とを有する形状(図9参照)であってもよい。
[3-2.変形例2]
図11は、実施の形態の変形例2に係る配線基板500aの一部を示す平面図である。本変形例に係る配線基板500aは、実施の形態に係る配線基板500に換えて蓄電装置1が備え得る部材である。配線基板500aは、複数の配線530が配置された基板本体501、及び、基板本体501と蓄電ユニット50とを接続する複数の接続片510を備える。このことは実施の形態に係る配線基板500と共通する。
図11は、実施の形態の変形例2に係る配線基板500aの一部を示す平面図である。本変形例に係る配線基板500aは、実施の形態に係る配線基板500に換えて蓄電装置1が備え得る部材である。配線基板500aは、複数の配線530が配置された基板本体501、及び、基板本体501と蓄電ユニット50とを接続する複数の接続片510を備える。このことは実施の形態に係る配線基板500と共通する。
本変形例に係る配線基板500aは、周縁部505の一部に、平面視において内向きに凹んだ凹部508を備える点で、実施の形態に係る配線基板500と異なる。本変形例に係る凹部508は、平面視における制限部440の一部を収容する部位である。つまり、本変形例では、周縁部505の一部である、凹部508の内周部に沿う位置に制限部440が配置される。これにより、Z軸プラス方向に交差する複数の方向の移動を制限できる。例えば図11において凹部508の内周部に沿う位置に配置される制限部440は、配線基板500aの、X軸プラス方向の移動だけでなく、Y軸プラス方向及びY軸マイナス方向の移動も制限できる。つまり、凹部508は、Y軸方向で制限部440に引っ掛けられることができる。これにより、1つの制限部440によって、配線基板500aの移動をより効率よく制限できる。
図11では、周縁部505のうちのY軸方向に延びる第一周縁部505aの一部に凹部508が設けられているが、凹部508は、X軸方向に延びる第二周縁部505bの一部に設けられてもよい。
[4.他の変形例の説明]
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電装置1について説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例には限定されない。今回開示された実施の形態及び変形例は、全ての点で例示であり、本発明の範囲には、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。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電装置1について説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例には限定されない。今回開示された実施の形態及び変形例は、全ての点で例示であり、本発明の範囲には、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。
実施の形態に係る蓄電装置1が備える制限部440の数は7には限定されない。蓄電装置1は、少なくとも1つの制限部440を備えればよい。配線基板500の外周に少なくとも1つの制限部440が配置されることで、当該少なくとも1つの制限部440によって、配線基板500の移動を制限できる。
実施の形態に係る蓄電装置1が備える複数の制限部440のうちの、Y軸方向における基板本体501の中央部に対してコネクタ590に近い位置に配置されている制限部440の数は、Y軸方向における基板本体501の中央部に対してコネクタ590から遠い位置に配置されている制限部440の数と同じ、または、少なくてもよい。この場合であっても、配線基板500のX軸方向の移動が制限される。
実施の形態に係る蓄電装置1が備える制限部440は、第一周縁部505a及び第二周縁部505bに沿う位置に配置されているが、この構成は必須ではない。例えば、制限部440が、第二周縁部505bのみに沿う位置に配置された場合であってもよい。つまり、第一周縁部505aに沿う位置に配置されていなくてもよい。この場合であっても、配線基板500のX軸方向の移動が制限される。
実施の形態に係る制限部440は、円柱形状(図6参照)を有しているが、制限部440の形状に特に限定はない。制限部440は、四角柱等の多角柱形状であってもよい。制限部440のZ軸プラス方向の先端部は、配線基板500をバスバーケース401に配置する際に、周縁部505が引っ掛からないように、湾曲面または傾斜面を有してもよい。
蓄電装置1は、配線基板500に設けられた貫通孔509を貫通して配置される凸部490を備えなくてもよい。例えば、基板本体501におけるコネクタ590から遠い領域(図5A参照)においても、配線基板500の周縁部505に沿う位置に配置された1以上の制限部440が備えられてもよい。例えば、基板本体501におけるコネクタ590から遠い領域に、電気部品または電気部品に接続された配線等が配置されることで、当該領域に貫通孔509を設けることが困難な場合を想定する。この場合、当該領域における周縁部505に沿う位置に1以上の制限部440を配置することで、配線基板500の全体をバランスよく移動制限できる。
配線基板500において、基板本体501とコネクタ590とは連結部502で連結されているが、この構成は必須ではない。例えば、コネクタ590が比較的に小さい場合、基板本体501のZ軸プラス方向の面にはんだ等によって接続されてもよい。コネクタ590の配置態様は、配線基板500が備えるコネクタ590のサイズ及び形状等に応じて適宜決定してもよい。
配線基板500は、外部の制御装置等から延びるケーブル着脱可能に接続するコネクタ590を備えなくてもよい。例えば、配線基板500に、複数の配線530と接続される複数の電線を含むケーブルが接続されてもよい。この場合、外部の制御装置等は、当該ケーブルが接続可能なコネクタを備えてもよい。
配線基板500が備える接続片510の形状及びサイズに特に限定はない。接続片510は、例えば、基板本体501からX軸方向に延びる部分のみで形成されてもよい。
配線基板500は、可撓性を有するフレキシブルプリント基板であることは必須ではない。配線基板500は、ガラスエポキシ基板等のリジッド基板であってもよい。この場合、接続片510として、配線基板500にはんだ等で接続されるフレキシブルプリント基板が採用されてもよい。
蓄電ユニット50に備えられる制限部440は、バスバーケース401以外の部材に設けられてもよい。例えば、蓄電素子列10が、少なくとも1つの蓄電素子100と隣り合うスペーサを備える場合、スペーサのZ軸プラス方向の端部に、1以上の制限部440が配置されてもよい。この場合、複数のスペーサは、複数のバスバー300を保持する役割を担ってもよい。つまり、蓄電ユニット50はバスバーケース401を備えなくてもよい。
蓄電装置1は、ケース600を備えなくてもよい。例えば、蓄電ユニット50と配線基板500からなる構造体が、蓄電装置1として、何等かの装置、または、ラック等に収容されてもよい。
上記の、実施の形態に係る蓄電装置1に関する補足事項は、適宜、変形例1または2に係る蓄電装置1に適用されてもよい。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、リチウムイオン二次電池等の蓄電素子を備えた蓄電装置等に適用できる。
1 蓄電装置
10 蓄電素子列
50 蓄電ユニット
100 蓄電素子
400 バスバーユニット
401 バスバーケース
410 バスバー収容部
420 基板支持部
440、440a、440b、440c、440d、440e、440f、440g、441 制限部
441a 第一制限部
441b 第二制限部
490 凸部
491 軸部
492 頭部
500、500a 配線基板
501 基板本体
501a 第一本体部
501b 第二本体部
502 連結部
505 周縁部
505a 第一周縁部
505b 第二周縁部
508 凹部
509 貫通孔
510 接続片
530 配線
580 導電部材
590 コネクタ
10 蓄電素子列
50 蓄電ユニット
100 蓄電素子
400 バスバーユニット
401 バスバーケース
410 バスバー収容部
420 基板支持部
440、440a、440b、440c、440d、440e、440f、440g、441 制限部
441a 第一制限部
441b 第二制限部
490 凸部
491 軸部
492 頭部
500、500a 配線基板
501 基板本体
501a 第一本体部
501b 第二本体部
502 連結部
505 周縁部
505a 第一周縁部
505b 第二周縁部
508 凹部
509 貫通孔
510 接続片
530 配線
580 導電部材
590 コネクタ
Claims (5)
- 蓄電素子を備える蓄電ユニットと、
前記蓄電ユニットの第一方向に配置される配線基板と、を備え、
前記配線基板は、複数の配線が配置された基板本体、及び、前記基板本体と前記蓄電ユニットとを接続する複数の接続片を備え、
前記蓄電ユニットは、前記配線基板の外周に配置される制限部を備え、
前記制限部は、前記配線基板の周縁部に接触することで、前記配線基板の前記第一方向と交差する方向の移動を制限する、
蓄電装置。 - 前記配線基板は、さらに、前記基板本体の、前記第一方向と交差する第二方向の端部に設けられたコネクタを備え、
前記制限部は、前記第二方向における前記基板本体の中央部に対して前記コネクタに近い位置に配置されている、
請求項1に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電ユニットは、複数の前記制限部を備え、
前記複数の前記制限部のうちの、前記第二方向における前記基板本体の中央部に対して前記コネクタに近い位置に配置されている前記制限部の数は、前記第二方向における前記基板本体の中央部に対して前記コネクタから遠い位置に配置されている前記制限部の数よりも多い、
請求項2に記載の蓄電装置。 - 前記配線基板の周縁部は、第一周縁部と第二周縁部とを含み、
前記第一周縁部は、前記第一方向と交差する第二方向に延び、
前記第二周縁部は、前記第一方向及び前記第二方向と交差する第三方向に延び、
前記制限部は、前記第一周縁部及び前記第二周縁部に沿う位置に配置される、
請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄電装置。 - 前記蓄電ユニットは、
前記蓄電素子及び前記複数の接続片のうちの1つの接続片に接続されるバスバーと、
前記バスバーを保持し、かつ、前記蓄電素子の前記第一方向に配置されるバスバーケースと、を備え、
前記制限部は、前記バスバーケースに配置されている、
請求項1~3のいずれか一項に記載の蓄電装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2024-115520 | 2024-07-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2026018809A1 true WO2026018809A1 (ja) | 2026-01-22 |
Family
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