JP2013246953A - Electricity storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単電池内の電解液流動の妨げを緩和する技術に関する。 The present invention relates to a technique for alleviating hindrance to electrolyte flow in a unit cell.
複数の単電池を一方向に並べることにより、電池スタックを構成した蓄電装置がある。また、拘束機構を用いることにより、複数の単電池に対して拘束荷重を与えるものがある。ここで、拘束荷重は、複数の単電池の配列方向において、複数の単電池を挟む力である。 There is a power storage device that forms a battery stack by arranging a plurality of single cells in one direction. In addition, there is one that applies a restraining load to a plurality of single cells by using a restraining mechanism. Here, the restraining load is a force that sandwiches the plurality of unit cells in the arrangement direction of the plurality of unit cells.
このような蓄電装置には、単電池間に交互配置され、単電池間の冷却風路を確保するとともに単電池に対し拘束力を与える冷却プレートが設けられている。 Such a power storage device is provided with cooling plates that are alternately arranged between the single cells, secure a cooling air passage between the single cells, and apply a binding force to the single cells.
ここで、冷却プレートの一例を図3に示す。また蓄電装置の構成の一部を図4に示し、単電池間に冷却プレートが挟まっている様を示す。冷却プレートには、冷却風を導くための複数のリブが冷却プレートの外側方向に凸状に形成されている。これにより、リブとリブとの間は、複数の凹状の溝部が形成される。図3の冷却プレートのリブは、長手方向が垂直軸方向(Z軸方向)となるように、冷却プレートの長手方向(Y軸方向)に複数並んで配置されている。 An example of the cooling plate is shown in FIG. A part of the structure of the power storage device is shown in FIG. 4 and shows a cooling plate sandwiched between single cells. In the cooling plate, a plurality of ribs for guiding the cooling air are formed in a convex shape in the outer direction of the cooling plate. Thereby, a plurality of concave grooves are formed between the ribs. A plurality of ribs of the cooling plate in FIG. 3 are arranged side by side in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the cooling plate so that the longitudinal direction is the vertical axis direction (Z-axis direction).
冷却プレート本体部や冷却プレートのリブは、高圧の拘束荷重が加えられても単電池間の冷却流路を確保できる程度に剛性の高い樹脂材が用いられる。剛性が高いため、冷却プレートの一方の面より加えられる拘束荷重は他方の面に伝播され、これにより単電池は拘束される(図4参照)。この拘束荷重や冷却プレートからの伝播荷重は、単電池のケース形状に少なからず影響を与える。 The cooling plate main body and the ribs of the cooling plate are made of a resin material having a rigidity high enough to secure a cooling flow path between the cells even when a high-pressure restraint load is applied. Since the rigidity is high, the restraining load applied from one surface of the cooling plate is propagated to the other surface, thereby restraining the unit cell (see FIG. 4). The restraint load and the propagation load from the cooling plate have a considerable influence on the case shape of the unit cell.
図3に示すような、リブの長手方向が垂直軸方向である冷却プレートによる問題点を、図5を参照しつつ説明する。図5は、単電池の内部を透過した模式図である。単電池は、Y軸方向を捲回軸とした倦回体、および電解液をケースに収容した構成となっている。倦回体の捲回軸方向両端部は、それぞれ正極、負極の電極となる。 The problem with the cooling plate as shown in FIG. 3 where the longitudinal direction of the rib is the vertical axis direction will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic view through the inside of the unit cell. The unit cell has a configuration in which a wound body having a winding axis in the Y-axis direction and an electrolytic solution are accommodated in a case. Both ends of the wound body in the winding axis direction become positive and negative electrodes, respectively.
冷却プレートの表面が凹凸形状であることから、冷却プレートのリブ(凸形状)と当接する単電池ケースの箇所は、荷重を受けることで単電池内側向きに凸形状となり、その箇所だけケース内断面(捲回軸方向から視認したときの断面)が狭くなる。ケース内断面が間隔を置いて狭くなる構造は、リブ当接箇所とリブ当接箇所との間の区域を各々隔離する構造となり、単電池内の電解液の流動を妨げることとなる。これは、一度生じた内部の電解液ムラが緩和されるのに長時間を要することを意味し、電解液枯れによる抵抗上昇、倦回体内部の塩濃度ムラによる劣化促進等、さまざまな不具合を引き起こすおそれがある。 Since the surface of the cooling plate is uneven, the location of the cell case that abuts the rib (convex shape) of the cooling plate becomes convex toward the inside of the cell when it receives a load, and only that location is a cross section inside the case. (Cross section when viewed from the winding axis direction) becomes narrow. The structure in which the cross section in the case becomes narrow at intervals is a structure in which the areas between the rib contact points and the rib contact points are isolated from each other, and the flow of the electrolyte in the unit cell is hindered. This means that it takes a long time to relieve the unevenness of the internal electrolyte once it has occurred, and various problems such as an increase in resistance due to electrolyte withering and an accelerated deterioration due to uneven salt concentration inside the wound body. May cause.
上記問題を解消するため、倦回軸と平行となるようにリブを配置した冷却プレートを用いる場合、確かに電解液流動の阻害要因は除去されるが、単電池形状が倦回軸方向に長くなると、その分冷却効率が低下する。 In order to solve the above problem, when using a cooling plate with ribs arranged in parallel with the winding axis, the obstruction factor of the electrolyte flow is certainly removed, but the cell shape is longer in the winding axis direction. As a result, the cooling efficiency decreases accordingly.
また正負電極の積層から成る電極体の外装樹脂表面に斑点状の凹凸を設け、これを冷却経路とする方法も考えられる。しかしながら、この場合、凹凸による気流の乱れにより冷却効率が落ちてしまう。これを補うために凹凸の径を小さくしたり、凸状を高くする等して凹凸の差を多くすることも可能であるが、必要な拘束圧力の確保が困難となったり、電池全体のサイズが大型となったりする。 Further, a method of providing spotted irregularities on the surface of the exterior resin of the electrode body composed of a stack of positive and negative electrodes and using this as a cooling path is also conceivable. However, in this case, the cooling efficiency decreases due to the turbulence of the airflow due to the unevenness. To compensate for this, it is possible to increase the difference in unevenness by reducing the diameter of the unevenness or increasing the convexity, but it becomes difficult to secure the necessary restraining pressure, or the overall size of the battery Becomes large.
本発明は、長手方向が倦回軸と直交するリブを備えるプレートを蓄電装置の冷却プレートとして採用する場合において、単電池内部の電解液流動の妨げを低減することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce the obstruction of electrolyte flow inside a single cell when a plate having a rib whose longitudinal direction is perpendicular to the winding axis is adopted as a cooling plate of a power storage device.
上記課題を解決するために、本願発明に係る蓄電装置は、(1)複数の単電池と、複数の冷却プレートと、拘束部材とを有する。単電池は、発電要素である倦回体を内部に有している。冷却プレートは、単電池と交互に配置されており、長手方向が倦回体の倦回軸と直交している凸部を複数表面に有する。この凸部は、冷却プレートの表面に倦回軸方向に並んで配置されている。冷却プレートの凸部の一部の剛性が、その凸部の他の部位に比べて低い。 In order to solve the above problems, a power storage device according to the present invention includes (1) a plurality of single cells, a plurality of cooling plates, and a restraining member. The unit cell has a wound body that is a power generation element. The cooling plate is alternately arranged with the cells, and has a plurality of convex portions on the surface whose longitudinal direction is orthogonal to the winding axis of the wound body. This convex part is arranged along the winding axis direction on the surface of the cooling plate. The rigidity of a part of the convex part of the cooling plate is lower than that of other parts of the convex part.
凸部は、冷却プレートの表面上に設けられる凸状の突起部であってもよく、冷却プレートの表面に溝部が形成されることで生ずる凸状の部位でもよい。 The convex portion may be a convex protrusion provided on the surface of the cooling plate, or may be a convex portion formed by forming a groove on the surface of the cooling plate.
上記(1)の構成において、(2)剛性が低い凸部の部位は、その形状が冷却プレート内側方向に窪んでいる。 In the configuration of (1) above, (2) the convex portion having low rigidity is recessed in the cooling plate inner direction.
上記(1)または(2)の構成において、(3)剛性が低い凸部の部位は、2色成型により冷却プレート本体と異なる樹脂となっている。 In the configuration of (1) or (2) above, (3) the convex portion having low rigidity is made of a resin different from the cooling plate body by two-color molding.
本発明によれば、単電池内の電解液の流動の妨げを低減させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the hindrance to the flow of the electrolyte in the unit cell.
図1は、本実施形態に係る蓄電装置の斜視図であり、図2は、蓄電装置に組み入れられている冷却プレートを示す図であり、点線で示される部位は、単電池が有する部位である。これらの図において、X軸、Y軸及びZ軸は互いに異なる直交する三軸を示している。蓄電装置100は、単電池11及び冷却プレート20を交互に積層した電池群1、一対のエンドプレート3、および第1〜第4の拘束バンド(拘束部材に相当する)4a〜4dを備える。蓄電装置100は、車両を走行させるモータに供給される電力を蓄電する。車両は、当該モータの動力のみによって車輪を駆動する電気自動車、或いは当該モータの動力とエンジンの動力とを動力源として兼用するハイブリッド自動車であってもよい。また、ハイブリッド自動車は、車両外部に設けられた商用電源により充電可能なプラグインハイブリッド自動車であってもよい。
FIG. 1 is a perspective view of a power storage device according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram showing a cooling plate incorporated in the power storage device, and a portion indicated by a dotted line is a portion of a single cell. . In these drawings, an X axis, a Y axis, and a Z axis indicate three mutually orthogonal orthogonal axes. The
電池群1は、電気的に互いに直列に接続された複数の単電池11を備える。これらの単電池11は、X軸方向に積層されている。単電池11は、単電池11の積層方向において向き合う一対の外面と、Y軸方向において向き合う一対の外面と、Z軸方向において向き合う一対の外面とを有するいわゆる角型電池である。単電池11は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池であってもよく、キャパシタであってもよい。Z軸方向において向き合う一対の外面のうち一方の外面側には、突状の正極端子11a及び負極端子11bがY軸方向に並んで形成されている。
The battery group 1 includes a plurality of
図2に図示するように、正極端子11aは、正極接続端子11cを介して、単電池11の内部に位置する、発電要素である倦回体(例えば図5に示す倦回体)の一端部に接続されている。負極端子11bは、負極接続端子11dを介して、単電池11の内部に位置する倦回体(例えば図5に示す倦回体)の他端部に接続されている。第1〜第4の拘束バンド4a〜4dはそれぞれ、単電池11の積層方向に延びており、絶縁性の保護枠12により覆われている。保護枠12は、樹脂であってもよい。
As shown in FIG. 2, the
一対のエンドプレート3は、電池群1を挟む位置に配置される。一対のエンドプレート3のX軸方向の端面には、第1の拘束バンド4a及び第3の拘束バンド4cを挟み込んで保持する一対の挟持板33a、33bが形成されている。これらの挟持板33a、33bは、リベット6を介してリベット止めされる。これにより、第1の拘束バンド4a及び第3の拘束バンド4cが強固に固定される。
The pair of end plates 3 are arranged at positions sandwiching the battery group 1. A pair of
一対のエンドプレート3のX軸方向の端面には、挟持板33a,33bとY軸方向において並ぶ位置に一対の挟持板32a、32bが形成されている。この一対の挟持板32a、32bは、第2の拘束バンド4b及び第4の拘束バンド4dを挟み込んで保持する。これらの挟持板32a、32bは、リベット6を介してリベット止めされる。これにより、第2の拘束バンド4b及び第4の拘束バンド4dが強固に固定される。
A pair of
一対のエンドプレート3は、X−Y面方向に沿って延在するフランジ部34を備える(図1参照)。フランジ部34は、貫通穴部34aを備える。貫通穴部34aに対して図示しない締結部材を締結することにより、蓄電装置100を車両の固定部に固定することができる。ここで、車両の固定部は、車両のシートの下に位置するフロアパネル、或いはラゲッジルームの内部であってもよい。
A pair of end plate 3 is provided with the
積層方向に隣接する単電池11のうち、一方の単電池11の正極端子11a及び他方の単電池11の負極端子11bは積層方向において向き合っている。これらの正極端子11a及び負極端子11bは、図2に図示するバスバー51を介して電気的及び機械的に接続されている。
Among the
ここで、バスバー51には、板厚方向(Z軸方向)に貫通する一対の貫通穴部が形成されており、一方の貫通穴部には積層方向に隣接する一方の単電池11における正極端子11aが挿通され、他方の貫通穴部には他方の単電池11における負極端子11bが挿通される。正極端子11a及び負極端子11bの外面にはネジ溝が形成されており、これらのネジ溝に締結ナット61を締結することにより、バスバー51は固定される。ただし、積層方向に隣接する単電池11は、電気的に並列に接続してもよい。なお、図面を簡略化するために、図1にはバスバー51及び締結ナット61が図示されていない。
Here, the
冷却プレート20は、積層方向(X軸方向)において隣り合う単電池11の間に位置する。ここで図2を参照しつつ冷却プレート20について説明する。尚、図2において、一点鎖線で示される領域については、その拡大図が図2右側に示されている。
The cooling
冷却プレート20のY−Z平面には、冷却プレート20の外側向きX軸方向に凸状のリブ21(凸部に相当する)が複数設けられている。リブ21は、単電池11内にある倦回体の倦回軸方向と直交する方向(Z軸方向)を長手とし、単電池11内部にある倦回体の倦回軸方向(Y軸方向)に複数並んで配置される。リブ21それぞれは、剛性部21A、軟性部21Bにより構成されている(拡大図参照)。剛性部21A、軟性部21Bは、リブ21の長手方向に交互に並んだ構成となっており、剛性部21Aの素材は、本実施形態では冷却プレート20の本体部と同じ樹脂となっている。軟性部21Bは、2色成型により剛性部21Aとは異なる樹脂で製造され、剛性部21Aよりも変形のしやすい軟性の素材が用いられる。軟性部21Bの素材は樹脂であってもよい。
On the YZ plane of the cooling
またY−Z平面でのリブ21の表面形状において、剛性部21Aの表面は平ら(Y−Z平面において、X軸方向の変位が変わらない)となるが、軟性部21Bの表面は、冷却プレート20の内側向きX軸方向に凹んだ窪み形状となっている。
Further, in the surface shape of the
このように、軟性部21Bが変形しやすい素材であることから、第1〜第4の拘束バンド4a〜4dから高圧の拘束荷重が加えられても、軟性部21Bと当接する単電池11の部位については、その変形量を低減できる。また軟性部21Bの表面形状を冷却プレート内側方向に凹んだ窪み形状とすることで、リブ21と単電池11との当接自体を緩和することができる。
As described above, since the
ここで、リブ21に関する寸法を説明する。まずリブ21の幅W1は、本実施形態では約2mmであり、リブ21の間隔長W2(溝部となる部位の幅)は、本実施形態では約3mmとする。剛性部21Aの長さL1は、拘束に必要となる面積に基づき算出される。必要面積をS、リブ21の幅長をW1、リブ21の本数をNとすると、長さL1は、例えば以下の式により算出される。
L1 = S/(W1×N)
尚、本実施形態では剛性部21Aの長さL1を約5mmとする。軟性部21Bの長さL2は、剛性部21Aの長さL1と同程度あればよく、本実施形態では約5mmとする。
Here, the dimension regarding the
L1 = S / (W1 × N)
In the present embodiment, the length L1 of the
このように、冷却プレート上に配置されるリブそれぞれについて、変形しやすい素材を一部分に用い、その部位を他の部位に比べて剛性を低くすることで、単電池内の電解液流動の阻害を低減できる。これにより、高い拘束荷重を維持できるとともに、冷却性や電解液流動性を確保できる。 In this way, for each of the ribs arranged on the cooling plate, a material that is easily deformed is used as a part, and the rigidity of that part is made lower than that of other parts, thereby inhibiting the flow of electrolyte in the unit cell. Can be reduced. Thereby, while being able to maintain a high restraint load, cooling property and electrolyte solution fluidity are securable.
1 電池群 3 エンドプレート 4a〜4d 第1〜第4の拘束バンド
6 リベット 11 単電池 11a 正極端子 11b 負極端子
12 保護枠 20 冷却プレート 21 リブ 21A 剛性部
21B 軟性部 32a、32b、33a、33b 挟持板 34 フランジ部
34a 貫通穴部 100 蓄電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery group 3
Claims (1)
長手方向が前記倦回体の倦回軸と直交している凸部であり、前記倦回軸方向に複数並んで配置される凸部をそれぞれが表面に有している、前記単電池と交互に配置される複数の冷却プレートと、
前記複数の単電池と前記複数の冷却プレートとを積層方向に拘束する拘束部材と、
を有する蓄電装置であって、
前記冷却プレートの凸部の一部の剛性が、該凸部の他の部位に比べて低い
蓄電装置。 A plurality of single cells each having a wound body, which is a power generation element,
Alternating with the unit cell, the longitudinal direction is a convex part orthogonal to the winding axis of the winding body, and each has a plurality of convex parts arranged on the surface in the winding axis direction A plurality of cooling plates arranged in the
A restraining member for restraining the plurality of single cells and the plurality of cooling plates in the stacking direction;
A power storage device having
The power storage device, wherein a rigidity of a part of the convex portion of the cooling plate is lower than that of another part of the convex portion.
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JP2018181765A (en) * | 2017-04-20 | 2018-11-15 | トヨタ自動車株式会社 | Battery pack |
-
2012
- 2012-05-25 JP JP2012119321A patent/JP2013246953A/en active Pending
Cited By (2)
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JP2018181765A (en) * | 2017-04-20 | 2018-11-15 | トヨタ自動車株式会社 | Battery pack |
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