JP2005347077A

JP2005347077A - 組電池

Info

Publication number: JP2005347077A
Application number: JP2004164603A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Saito; 文彦齊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】各素電池１の膨らみのバラツキに柔軟に対応可能な組電池を提供する。
【解決手段】燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応によって発電を行うラミネート外装した複数の素電池１と、第１の方向５に積層された複数の素電池１の間に配置された、第１の方向５に伸縮自在なスペーサ２とを備える組電池であって、複数の素電池１は、第１の方向５に垂直な第２の方向６にも並べて配置され、素電池１に接するスペーサ２の主面は、第１の方向５及び第２の方向６に略垂直な第３の方向７に伸びた凹凸形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は組電池に関し、特に、ラミネート外装した複数の素電池を組み合わせてなる組電池に関する。

従来から、複数の素電池を積層してなる組電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の組電池においては、断面が三角波状の板材として形成されたスペーサが素電池と共に積層され、素電池とスペーサ間の空間は冷却媒体の流路として用いられている。スペーサの支持部で電池モジュールの変形を規制することにより十分な強度を確保すると同時に、冷却性能も向上させている。

また、素電池としてラミネート外装した薄型ラミネート電池（ＬＢセル）を使用した組電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の組電池においては、互いに接続された複数のＬＢセルを１つの支持体内で樹脂封止している。
特開２００１−２３７０２号公報（特に図１及び段落[0007]参照）特開２００３−１６２９８９号公報（特に図１及び段落[0010]参照）

しかしながら、特許文献１のスペーサを特許文献２の組電池に適用する時、スペーサの凹凸形状が伸びている方向と複数のＬＢセルを並べる方向との関係を考慮しないと、以下のような問題が発生する。

即ち、ＬＢセルは充放電を繰り返すことで膨らみが生じ、この膨らみは各ＬＢセルでバラツキがある。したがって、スペーサの凹凸形状が伸びる方向と複数のＬＢセルを並べる方向とが略平行になるように配置してしまうと、ＬＢセルの膨らみが小さいところで隙間が出来てしまい、総てのＬＢセルを十分に支持できない。

本発明の特徴は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応によって発電を行うラミネート外装した複数の素電池と、第１の方向に積層された複数の素電池の間に配置された、第１の方向に伸縮自在なスペーサとを備える組電池であって、複数の素電池は、第１の方向に垂直な第２の方向にも並べて配置され、素電池に接するスペーサの主面は、第１及び第２の方向に略垂直な第３の方向に伸びた凹凸形状を有することを要旨とする。

本発明によれば、各素電池の膨らみのバラツキに柔軟に対応可能な組電池を提供することが出来る。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係わる組電池（以後、「電池モジュール」という）は、ラミネート外装した複数の素電池１（以後、「ＬＢセル」という）と、第１の方向５に積層された複数のＬＢセル１の間に配置されたスペーサ２と、第１の方向５に積層された複数のＬＢセル１の上面及び下面を挟むエンドプレート４と、エンドプレート４に挟まれた状態の複数のＬＢセル１を固定するボルト３とを備える。

ＬＢセル１は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応によって発電を行う燃料電池である。複数（図１では８個）のＬＢセル１が第１の方向５に積層され、複数（図１では５個）のＬＢセル１が第１の方向５に垂直な第２の方向６に並べて配置されている。第１の方向５へ積層されるＬＢセル１の数及び第２の方向６に並べられるＬＢセル１の数は例示であり、これに限られない。

スペーサ２は、複数のＬＢセル１の下面とエンドプレート４との間、下から３段目のＬＢセル１と４段目のＬＢセル１の間、下から５段目のＬＢセル１と６段目のＬＢセル１の間、複数のＬＢセル１の上面とエンドプレート４との間にそれぞれ挿入されている。ＬＢセル１に接するスペーサ２の主面は、第１の方向５及び第２の方向６に略垂直な第３の方向７に伸びた凹凸形状を有する。更に、スペーサ２は第１の方向５に伸縮自在である。

なお、スペーサ２の凹凸形状は頂点のない形状（例えば、正弦波形状）であることが望ましい。スペーサ２が第２の方向６に広がる時にＬＢセル１を傷つけることを防止できる。即ち、波形には頂点を持たない正弦波形状とすることで、ＬＢセル１からうける面圧を局部的に集中させず、スペーサ２の反力とＬＢセル１の面圧とのバランスを保ちながら、スペーサ２と接するＬＢセル１の表面の材質を破損、切開させない。

また、ＬＢセル１とスペーサ２間の隙間に冷却媒体を流すことにより、スペーサ２はヒートシンクとしても機能することができる。

エンドプレート４の四隅にあるボルト３がエンドプレート４を所定の押圧力で締め付けているため、電池モジュールの第１の方向５の長さが所定の寸法内に収まっている。ＬＢセル１は充放電を繰り返すことでＬＢセル１の内部から膨張する特性を有する。使用を続けているうちに各ＬＢセル１の前記特性にバラツキが生じる。すなわち、各ＬＢセル１間で膨張する度合いに差が生じる。ＬＢセル１の構造上、膨張によるＬＢセルの厚さの変化は主に積層方向（第１の方向５）である。電池モジュールの第１の方向５の長さが所定の寸法を保持するためには、第１の方向５に積層されたＬＢセル１の厚さの総和とスペーサ２の厚さの総和を一定にする必要がある。そこで、スペーサ２の厚さをよりフレキシブルに変化させるため、スペーサ形状を波形状としている。

図２（ａ）は、図１に示したＬＢセル１の一部分を拡大して示している。スペーサ２の上下に接する複数のＬＢセルが膨張して増大する面圧とスペーサ２の反力とのバランスが定常状態に落ち着くまでスペーサ２は変形する。その結果、スペーサ２の厚さが薄くなる。定常状態でのＬＢセル１、ＬＢセル２の面圧をそれぞれＦ１、Ｆ２、スペーサ２の反力をＦ３とすれば、Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ３を満たすようなスペーサ２の厚みとなる。

また、図２（ａ）に示すように、複数のＬＢセルのうちＬＢセル２のみが他のＬＢセルに比して膨張する度合いが高い。この場合、ＬＢセル２の部分でのスペーサ２の反力Ｆ３は、ＬＢセル３の部分でのスペーサ２の反力Ｆ３よりも大きいため、ＬＢセル２の部分でのスペーサ２の厚さは、ＬＢセル３の部分でのスペーサ２の厚さよりも薄くなる。このように、スペーサ２の凹凸形状は複数のＬＢセル１が並べられた第２の方向６に略垂直な第３の方向７に伸びているため、各ＬＢセル１間の第１の方向５の厚さのバラツキに対して柔軟に対応して、総てのＬＢセル１を十分に支持することが出来る。

図３（ａ）に示すように、ＬＢセル１が膨張する前のスペーサ２は、第２の方向６に所定の長さに収まっている。一方、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の状態からＬＢセル１が第１の方向５へ膨張した時、スペーサ２の反力が増大してスペーサ２の厚さが第１の方向５に縮む。縮んだ分のスペーサ２が第２の方向に伸びる。実施の形態に係わる組電池には、スペーサ２が第２の方向に伸びるための逃げ領域８が設けられていることが望ましい。ＬＢセル１の厚さが変化したことによるＬＢセル１の面圧とスペーサ２の応力のバランスを保つために、スペーサ２の長さが積層方向（第１の方向５）とは垂直の方向（第２の方向６）に伸縮する。スペーサ２の最大長はＬＢセル１によってスペーサ２が直平面になった時である。この時の逃げ領域８を確保してＬＢセル１及びスペーサ２の配置を設計すれば、スペーサ２の反力がある任意のＬＢセル１に不均一にかかることを回避でき、他のＬＢセル１に不要な圧力がかかることがない。

図４（ａ）に示すように、比較例に係わる組電池では、ＬＢセルを並べる方向とスペーサの凹凸形状が伸びる方向とが略平行になるようにスペーサ２をＬＢセル１の間に挿入する。図４（ｂ）に示すように、ＬＢセル１間で膨張のばらつきが生じた場合、ＬＢセルとスペーサ２の間に隙間が生じてしまい、ＬＢセル１〜３の支持固定が困難となる。また、スペーサ２とＬＢセルの積層の平行維持が困難となる。また、スペーサ２の隙間に冷却風を通す場合、スペーサ２を通過する冷却風が隙間から洩れてしまい冷却効果がＬＢセル間で不均一となる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、スペーサ２の凹凸形状は複数のＬＢセル１が並べられた第２の方向６に略垂直な第３の方向７に伸びているため、各ＬＢセル１間の第１の方向５の厚さのバラツキに対して柔軟に対応して、総てのＬＢセル１を十分に支持することが出来る。

上記のように、本発明は、１つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

本発明の実施の形態に係わる組電池（電池モジュール）を示す斜視図である。図２（ａ）は、ＬＢセルが膨張した時のスペーサの厚みの変化を示す断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したＬＢセルの厚さが元に戻った状態を示す断面図である。図３（ａ）は、ＬＢセルが膨張する前のスペーサの状態を示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からＬＢセルが膨張してスペーサが第２の方向へ広がった状態を示す断面図である。図４（ａ）は、比較例に係わる組電池におけるＬＢセルを並べる方向とスペーサの凹凸形状が伸びる方向との関係を示す斜視図である。図４（ｂ）は、ＬＢセル間で膨張のばらつきが生じた場合のスペーサの状態を示す断面図である。

符号の説明

１…素電池（ＬＢセル）
２…スペーサ
３…ボルト
４…エンドプレート
５…第１の方向
６…第２の方向
７…第３の方向
８…逃げ領域

Claims

燃料ガス及び酸化剤ガスが供給され、前記燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素との電気化学的反応によって発電を行う、ラミネート外装した複数の素電池と、
第１の方向に積層された前記複数の素電池の間に配置された、前記第１の方向に伸縮自在なスペーサとを備え、
前記複数の素電池は、前記第１の方向に垂直な第２の方向にも並べて配置され、前記素電池に接する前記スペーサの主面は、前記第１及び第２の方向に略垂直な第３の方向に伸びた凹凸形状を有することを特徴とする組電池。
前記凹凸形状は正弦波形状であることを特徴とする請求項１記載の組電池。
前記素電池が前記第１の方向に膨張した時に、前記第１の方向に前記スペーサが縮み、縮んだ分の前記スペーサが前記第２の方向に伸びるための逃げ領域が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の組電池。