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JP7468436B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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JP7468436B2
JP7468436B2 JP2021060124A JP2021060124A JP7468436B2 JP 7468436 B2 JP7468436 B2 JP 7468436B2 JP 2021060124 A JP2021060124 A JP 2021060124A JP 2021060124 A JP2021060124 A JP 2021060124A JP 7468436 B2 JP7468436 B2 JP 7468436B2
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Description

本開示は、蓄電装置に関する。
従来から複数の蓄電セルが積層された蓄電モジュールを備えた蓄電装置について各種提案されている。特開2013-229266号公報に記載された蓄電装置は、蓄電モジュールと、一対のバスバモジュールと、収容ケースとを備える。
蓄電モジュールは、上下方向に積層された複数の電池を含む。収容ケースは、蓄電モジュールの両側に配置された側壁と、上下面に配置されたエンドプレートとを含む。
特開2013-229266号公報
上記のように構成された蓄電装置において、充放電を行うと蓄電モジュールが上下方向に膨らむように変形する。
この際、収容ケースに大きな荷重が加えられて、収容ケースが変形するおそれがある。また、蓄電装置が車両に搭載された状態においては、車両が走行することで、蓄電装置が振動する場合がある。
本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、充放電時に蓄電モジュールから収容ケースに加えられる荷重を低減し、蓄電装置の振動を抑制することができる蓄電装置を提供することである。
蓄電装置は、積層方向に積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、蓄電モジュールを収容する収容ケースと、収容ケース内に配置された少なくとも1つの第1板部と、収容ケース内に配置された少なくとも1つの第2板部と、を備える。上記第1板部には、積層方向の一方側に向けて突出する第1凸部と、積層方向の他方側に向けて突出する第2凸部とが形成されている。上記第1凸部および第2凸部は、積層方向と交差する方向に延びる第1交差方向に延びるように形成されている。上記第2板部には、積層方向の一方側に向けて突出する第3凸部と、積層方向の他方側に向けて突出する第4凸部とが形成されている。第3凸部および第4凸部は、積層方向および第1交差方向と交差する第2交差方向に延びるように形成されている。
上記の蓄電装置によれば、充放電によって蓄電セルモジュールが積層方向に膨らむように変形した際に、第1凸部、第2凸部、第3凸部および第4凸部において、各凸部の突出高さが低くなるように変形する。これにより、蓄電モジュールが変形したとしても、収容ケースに加えられる荷重を低減することができ、収容ケースの変形を抑制することができる。
第1板部には第1交差方向に延びる第1凸部および第2凸部が形成されており、第2板部には第2交差方向に延びる第3凸部および第4凸部が形成されているため、蓄電装置に振動が加えられたとしても、蓄電装置が大きく振動することを抑制することができる。
上記補蓄電モジュールおよび収容ケースの間と、蓄電セル間とのいずれかにおいて、第1板部または第2板部が配置されている。上記第1板部および第2板部は、平板を間に挟んで配置されている。
本開示に係る蓄電装置によれば、放電時に蓄電モジュールから収容ケースに加えられる荷重を低減し、蓄電装置の振動を抑制することができる。
本実施の形態に係る蓄電装置1などを模式的に示す斜視図である。 図1のII-II線における断面図である。 蓄電モジュール20および板部28,29などを模式的に示す斜視図である。 蓄電セル30を示す斜視図である。 蓄電セル30の一部を示す断面図である。 板部28を示す断面図である。 参考例としての平板16を示す断面図である。 板部29を示す断面図である。 平板16を示す断面図である。 積層方向Hおよび長手方向Lを通る平面における断面図である。 蓄電装置1Aを示す断面図である。 蓄電装置1Bを示す断面図である。 板部の変形例を示す平面図である。
図1から図13を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置について説明する。図1から図13に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図1は、本実施の形態に係る蓄電装置1などを模式的に示す斜視図である。組電池100は、蓄電装置1と、冷却装置5,6とを備える。蓄電装置1は、収容ケース2と、正極外部端子3と、負極外部端子4とを備える。
収容ケース2は、略直方体形状に形成されている。収容ケース2は、天板10と、底板11と、側壁12,13と、端壁14,15とを含む。側壁12および側壁13は幅方向Wに配列しており、側壁12および側壁13は長手方向Lに延びるように形成されている。端壁14および端壁15は長手方向Lに配列しており、端壁14および端壁15は幅方向Wに延びるように形成されている。
正極外部端子3および負極外部端子4は、天板10の上面に設けられている。正極外部端子3および負極外部端子4は幅方向Wに間隔をあけて配置されている。
冷却装置5は側壁12に配置されており、冷却装置6は側壁13に配置されている。冷却装置5および冷却装置6内には冷却液Cが流れている。なお、図1において、冷却装置5および冷却装置6は、その一部を断面視しており、一部が省略されている。
図2は、図1のII-II線における断面図である。蓄電装置1は、蓄電モジュール20と、蓄電モジュール20に接続されたバスバ21,22と、絶縁部材25,26と、絶縁膜27と、板部28,29とを含む。
板部28は、蓄電モジュール20と、天板10との間に配置されている。板部29は、蓄電モジュール20と、底板11との間に配置されている。
図3は、蓄電モジュール20および板部28,29などを模式的に示す斜視図である。蓄電モジュール20は、積層方向Hに積層された複数の蓄電セル30,31,32と、複数の接続部材33,34とを含む。なお、長手方向(第1交差方向)Lは積層方向Hと交差する方向である。幅方向(第2方向)Wは、長手方向Lと交差すると共に、長手方向Lと交差する方向である。なお、長手方向Lおよび幅方向Wは積層方向Hと直交しており、長手方向Lおよび幅方向Wは直交している。
蓄電セル31,32は蓄電セル30と実質的に同一の構成であることから蓄電セル30について説明する。
図4は、蓄電セル30を示す斜視図であり、図5は、蓄電セル30の一部を示す断面図である。蓄電セル30は、電極体35と、外装体36と、正極集電板37と、負極集電板38とを含む。
外装体36は、アルミラミネートフィルムなどによって形成されている。外装体36は、電極体35と、図示されていない電解液を内部に収容している。
外装体36は、上側フィルム39Aおよび下側フィルム39Bを含む。上側フィルム39Aは電極体35を上方から覆うように配置されており、下側フィルム39Bは電極体35を下方から覆うように設けられている。
なお、上側フィルム39Aの外周縁部と、下側フィルム39Bの外周縁部とは図示されていない接着剤によって接着されている。
電極体35は直方体形状に形成されている。電極体35は、積層方向Hに積層された複数の正極シート42と、複数のセパレータ43と、複数の負極シート44とを含む。なお、正極シート42および負極シート44の間にセパレータ43が配置されている。
正極シート42は、アルミニウム箔45と、アルミニウム箔45の表裏面に形成された正極合材層とを含む。負極シート44は、銅箔46と、銅箔46の表裏面に形成された負極合材層とを含む。
アルミニウム箔45は、電極体35の一方の側面47側に引き出されており、銅箔46は電極体35の他方の側面48側に引き出されている。なお、側面47および側面48は幅方向Wに配列しており、長手方向Lに延びるように形成されている。
正極集電板37はアルミニウムなどによって形成されている。正極集電板37は側面47側に配置されており、正極集電板37には複数のアルミニウム箔45が溶接されている。
正極集電板37の上面には接着剤52が形成されており、接着剤52は上側フィルム39Aと正極集電板37とを接着している。正極集電板37の下面には接着剤53が形成されており、接着剤53は下側フィルム39Bと正極集電板37とを接着している。なお、接着剤52,53は幅方向Wにおいて外装体36の外側にまで延び出ている。
正極集電板37は幅方向Wにおいて外装体36および接着剤52,53よりも外側に突出している。正極集電板37は、正極集電板37は、外装体36および接着剤52,53から露出する露出部50を含む。
負極集電板38は銅などによって形成されている。負極集電板38は側面48側に配置されており、負極集電板38には複数の銅箔46が溶接されている。
負極集電板38の上面には接着剤54が形成されており、接着剤54は負極集電板38および上側フィルム39Aを接着している。負極集電板38の下面には接着剤55が形成されており、接着剤55は、負極集電板38および下側フィルム39Bを接着している。なお、接着剤54,55は幅方向Wにおいて外装体36の外側にまで延び出ている。
負極集電板38は幅方向Wにおいて外装体36および接着剤54,55から外部に突出しており、負極集電板38は外装体36および接着剤54,55から露出する露出部51を含む。
図2に戻って、蓄電セル31は、正極集電板60と、負極集電板61と、外装体62とを含み、外装体62内には電極体および電解液が収容されている。正極集電板60は正極集電板37と同様に、露出部63を含む。負極集電板61は、負極集電板38と同様に、露出部64を含む。
蓄電セル32は、正極集電板70と、負極集電板71と、外装体72とを含み、外装体72内には電極体および電解液が収容されている。正極集電板70は正極集電板37と同様に、露出部73を含む。負極集電板71は、負極集電板38と同様に、露出部74を含む。
そして、正極集電板37と、負極集電板61と、正極集電板70とは、積層方向Hに配列しており、負極集電板38と、正極集電板60と、負極集電板71とは、積層方向Hに配列している。
接続部材33は、正極集電板37の露出部50と、負極集電板61の露出部64とを接続するように配置されている。接続部材34は、正極集電板60の露出部63と、負極集電板71の露出部74とを接続するように設けられている。
バスバ21は、負極集電板38の露出部51の上面に溶接されている。バスバ22は、正極集電板70の露出部73の下面に溶接されている。バスバ21は、図1に示す負極外部端子4に接続されており、バスバ22は正極外部端子3に接続されている。
図3において、板部28には、複数の凸部80および凸部81が形成されている。凸部80は、積層方向Hにおいて一方側に向けて突出するように形成されている。凸部81は、積層方向Hの他方側に向けて突出するように形成されている。なお、この図3に示す例においては、凸部80は上方に向けて突出するように形成されており、凸部81は下方に向けて突出するように形成されている。
凸部80および凸部81は長手方向Lに延びるように形成されている。具体的には、凸部80,凸部81は、板部28において、長手方向Lの一端に位置する一方短辺から他端に位置する他方短辺に達するように形成されている。
凸部80および凸部81は幅方向Wに交互に配置されている。凸部80は積層方向Hの一方側に向けて突出する湾曲面状に形成されている。凸部81は、積層方向Hの他方側に向けて突出する湾曲面状に形成されている。このように、板部28は波板状に形成されている。
板部29には、複数の凸部82および凸部83が形成されている。凸部82は、積層方向Hにおいて一方側に向けて突出するように形成されている。凸部83は、積層方向Hにおいて他方側に突出するように形成されている。なお、この図8に示す例においては、凸部82は上方に突出するように形成されており、凸部83は下方に突出するように形成されている。凸部82,83は幅方向Wに延びるように形成されている。凸部82,83は、幅方向Wにおいて板部29の一端側に位置する一方長辺から他方長辺に達するように形成されている。凸部82および凸部83は長手方向Lに交互となるように配置されている。凸部82上方に向けて膨らむような湾曲面状に形成されている。凸部83は下方に向けて膨らむような湾曲面状に形成されている。このように、板部29は波板状に形成されている。なお、板部28,29は、弾性変形可能な金属材料によって形成されている。
図6は、板部28を示す断面図である。図7は、参考例としての平板16を示す断面図である。平板16の板厚と、板部28の板厚は同じである。平板16は、板部28を幅方向Wに引き延ばすことで形成されている。
図6および図7に示す断面は、積層方向Hおよび幅方向Wを通る平面における断面図である。当該断面において、板部28の断面二次モーメントを断面二次モーメントI1とし、平板16の断面二次モーメントを断面二次モーメントI2とすると、断面二次モーメントI1の方が断面二次モーメントI2よりも大きい。
このため、たとえば、板部28および平板16において、長手方向Lの一端を固定端とし、他端に荷重を加えたとする。この際、板部28の断面二次モーメントI1は、平板16の断面二次モーメントI2よりも大きいため、板部28は曲がり難く、剛性が高い。
図8は、板部29を示す断面図であり、図9は、平板16を示す断面図である。なお、図9および図10は、積層方向Hおよび長手方向Lを通る平面における断面図である。
当該平面において、板部29の断面二次モーメントを断面二次モーメントI3とし、平板16の断面二次モーメントを断面二次モーメントI4とする。断面二次モーメントI3は断面二次モーメントI4よりも大きい。
このため、板部29および平板16において、幅方向Wの一端を固定端とし、他端に荷重を加えたとする。この際、断面二次モーメントI3は断面二次モーメントI4よりも大きいため、板部29は平板16よりも曲がり難く、剛性が高い。
図10は、積層方向Hに板部28,29から離れた位置から板部28,29を平面視した模式図である。凸部80,81と凸部82,83は直交している。
なお、平面視した際に、凸部80,81と、凸部82,83とが直交することは、必須の構成ではなく、凸部80,81と、凸部82,83とが交差するように、板部28,29が配置されておればよい。
図2において、絶縁部材25は、側壁12から蓄電モジュール20に達するように充填されている。なお、正極集電板37の露出部50と、負極集電板61の露出部64と、接続部材33と、バスバ22の少なくとも一部とは、絶縁部材25内に位置している。
絶縁部材26は、側壁13から蓄電モジュール20に達するように充填されている。なお、バスバ21の少なくとも一部と、負極集電板38の露出部51と、正極集電板60の露出部63と、負極集電板71の露出部74とは、絶縁部材25内に位置する。
上記のように構成された蓄電装置1は、たとえば、電動車両に搭載される。そして、蓄電装置1は充放電を繰り返す。
蓄電装置1が充放電すると、蓄電モジュール20は積層方向Hに膨らむように変形する。この際、板部28の凸部80,81は、突出高さが低くなるように変形し、板部28は幅方向Wに延びるように変形する。
板部29の凸部82,83は、突出高さが低くなるように変形し、板部29は長手方向Lに延びるように変形する。
このように、板部28,29が変形することで、蓄電モジュール20が積層方向Hに膨らむように変形することが許容される。これにより、蓄電モジュール20が積層方向Hに膨らむように変形したとしても、収容ケース2に加えられる荷重が大きくなることを抑制することができ、収容ケース2の変形を抑制することができる。
組電池100が車両に搭載された状態において、車両が走行すると蓄電装置1に振動が加えられる場合がある。
この際、たとえば、蓄電装置1の長手方向Lの両端を固定端とし、蓄電装置1の長手方向Lの中央を腹部として蓄電装置1が振動する場合がある。このように蓄電装置1が振動する際には、板部28は曲がりにくく、剛性が高い。そのため、蓄電装置1が大きく振動することを抑制することができる。
また、たとえば、蓄電装置1の幅方向Wの両端を固定端とし、蓄電装置1の幅方向Wの中央を腹部として蓄電装置1が振動する場合がある。このように蓄電装置1が振動する際には、板部29は曲がり難く、剛性が高い。そのため、蓄電装置1が大きく振動することを抑制することができる。
蓄電装置1が充放電する際に、蓄電モジュール20の温度が高くなる。この際、絶縁部材25は、露出部50,64,73と、接続部材33と、バスバ22の少なくとも一部とを覆うように形成されている。露出部50,64,73と接続部材33とバスバ22とは、金属材料によって形成されているため、蓄電モジュール20内の熱は、絶縁部材25に良好に放熱される。絶縁部材25に伝達された熱は、側壁12を通して冷却装置5に放熱される。
絶縁部材26は、バスバ21の少なくとも一部と、露出部51,63,74と、接続部材34とを覆うように形成されている。バスバ21と、露出部51,63,74と、接続部材34とは金属材料によって形成されているため、蓄電モジュール20内の熱は、絶縁部材26に良好に放熱される。絶縁部材26に伝達された熱は、側壁13を通して冷却装置6に放熱される。このように、蓄電モジュール20を良好に冷却することができる。
(実施の形態2)
図11などを用いて、実施の形態2に係る蓄電装置1Aについて説明する。蓄電装置1Aは、板部28A,29Aを備える。
図11は、蓄電装置1Aを示す断面図である。蓄電装置1Aは、板部28Aおよび板部29A以外の構成については、蓄電装置1と実質的に同様に構成されている。板部28Aは、蓄電セル30および蓄電セル31の間に配置されており、板部28Bは、蓄電セル31および蓄電セル32の間に配置されている。
板部28Aは、板部28と同様に構成されており、長手方向Lに延びる凸部80A,81Aが形成されている。
板部29Aは板部29と同様の形成されており、幅方向Wに延びる凸部83A,84Aが形成されている。なお、板部28Aおよび板部29Aも弾性変形可能な金属材料によって形成されている。
蓄電装置1Aにおいても、充放電によって蓄電モジュール20が積層方向Hに膨らむように変形した際に凸部80A,81Aおよび凸部82A,83Aが変形する。これにより、蓄電モジュール20が膨らむように変形したとしても収容ケース2に加えられる荷重を低減することができる。また、蓄電装置1Aにおいても、蓄電装置1Aが振動することを抑制することができる。
なお、板部28Aにおいて、幅方向Wの各端部を絶縁部材25,26に達するように形成してもよく、板部29Aにおいて、幅方向Wの各端部を絶縁部材25,26に達するように形成してもよい。
このように形成することで、充放電によって蓄電モジュール20が発熱した際に、板部28A,29Aと、絶縁部材25,26と、側壁12,13とを通して、冷却装置5,6に放熱することができる。
(実施の形態3)
図12を用いて、本実施の形態3に係る蓄電装置1Bについて説明する。蓄電装置1Bは、板部28B,29Bと、平板17,18,19を含む。なお、蓄電装置1Bにおいて、板部28B,29Bと、平板17,18,19以外の構成については、蓄電装置1と実質的に同じである。
図12は、蓄電装置1Bを示す断面図である。板部28Bと板部29Bと平板17,18,19とは、蓄電セル30および蓄電セル31の間に配置されている。平板17は、板部28Bおよび板部29Bの間に配置されている。平板18は、蓄電セル30および板部28Bの間に配置されており、平板19は、蓄電セル31および板部29Bの間に配置されている。
なお、板部28Bは板部28と同様に、長手方向Lに延びる凸部80B,81Bが形成されている。板部29Bは、板部29と同様に、幅方向Wに延びる凸部82B,83Bが形成されている。板部28Bと板部29Bとは弾性変形可能な金属材料によって形成されている。
平板17は、板部28Bと板部29Bとの間に配置されている。平板17は金属材料によって形成されている。この蓄電装置1Bにおいて、蓄電モジュール20が膨らむように変形すると、凸部80B,81Bと、凸部82B,83Bとが変形する。そして、板部28Bは、幅方向Wに延びるように変形する。この際、板部28Bの凸部81Bと平板17との接触部位も幅方向Wに変位する。
平板17は平板状に形成されているため、板部28Bおよび平板17の間の摩擦は小さく、板部28Bは良好に変形することができる。同様に、板部29Bも凸部82Bと平板17の摩擦が小さいため、板部29Bも良好に変形することができる。
板部28Bの凸部80Bは平板18と接触しており、板部29Bの凸部83Bは平板19と接触している。凸部80Bおよび平板18の摩擦は小さく、凸部83Bおよび平板19の摩擦も小さい。そのため、板部28Bおよび板部29Bは良好に変形することができる。
なお、板部28Bには、凸部80B,81Bが形成されており、板部29Bには、凸部82Bおよび凸部83Bが形成されている。このため、充放電によって蓄電モジュール20が膨らむように変形したとしても、蓄電モジュール20に大きな荷重が加えられることを抑制することができる。さらに、蓄電装置1に振動が加えられたとしても、蓄電装置1が大きく振動することを抑制することができる。
なお、実施の形態3においては、板部28B,29Bと、平板17とは、蓄電セル30および蓄電セル31の間に配置されているが、蓄電セル31および蓄電セル32の間に配置するようにしてもよい。
図13は、板部の変形例を示す平面図である。図13においては、板部28Cと板部28Cとを平面視した図である。板部28Cに形成された凸部80および凸部81は、斜め方向に延びるように形成されている。具体的には、凸部80,81は幅方向Wに向かうにつれて長手方向Lに向かうように形成されている。板部29Cに形成された凸部82および凸部83も斜め方向に延びるように形成されている。そして、凸部80,81と、凸部82,83とは直交している。
また、板部28B,29Bと平板17とを収容ケース2および蓄電モジュール20の間に配置するようにしてもよい。なお、上記の蓄電装置において、各蓄電セルには、電解液が収容された例について説明したが、各蓄電セルとして固体電池が採用された例にも本開示を適用することができる。
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。
1,1A,1B 蓄電装置、2 収容ケース、3 正極外部端子、4 負極外部端子、5,6 冷却装置、10 天板、11 底板、12,13 側壁、14,15 端壁、16,17,18,18B,19 平板、20 蓄電モジュール、21,22 バスバ、25,26 絶縁部材、27 絶縁膜、28,28A,28B,29,29A,29B 板部、30,31,32 蓄電セル、33,34 接続部材、35 電極体、36,62,72 外装体、37,60,70 正極集電板、38,61,71 負極集電板、39A 上側フィルム、39B 下側フィルム、42 正極シート、43 セパレータ、44 負極シート、45 アルミニウム箔、46 銅箔、47,48 側面、50,51,63,64,73,74 露出部、52,53,54,55 接着剤、65,75 接続板、66,76 縦壁、67,77 台座、68,78 突起、80,80A,80B,81,81A,81B,82,82A,82B,83,83A,83B,84A 凸部、100 組電池、C 冷却液、H 積層方向、I1,I2,I3,I4 断面二次モーメント、L 長手方向、W 幅方向。

Claims (2)

  1. 積層方向に積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、
    前記蓄電モジュールを収容する収容ケースと、
    前記蓄電モジュールと前記収容ケースの間と、前記蓄電セル間とのいずれかに配置された少なくとも1つの第1板部と、
    前記蓄電モジュールと前記収容ケースの間と、前記蓄電セル間とのいずれかに配置された少なくとも1つの第2板部と、
    を備え、
    前記第1板部には、前記積層方向の一方側に向けて突出する第1凸部と、前記積層方向の他方側に向けて突出する第2凸部とが形成されており、
    前記第1凸部および前記第2凸部は、前記積層方向と交差する方向に延びる第1交差方向に延びるように形成されると共に、弾性変形可能なように形成されており、
    前記第2板部には、前記積層方向の一方側に向けて突出する第3凸部と、前記積層方向の他方側に向けて突出する第4凸部とが形成されており、
    前記第3凸部および前記第4凸部は、前記積層方向および前記第1交差方向と交差する第2交差方向に延びるように形成されると共に、弾性変形可能なように形成された、蓄電装置。
  2. 前記第1板部および前記第2板部は、平板を間に挟んで配置された、請求項1に記載の蓄電装置。
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