JP2014102915A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の角形二次電池の間にそれぞれスペーサを介在させて角形二次電池を積層した組電池に関する。 The present invention relates to a battery pack in which prismatic secondary batteries are stacked with spacers interposed between a plurality of prismatic secondary batteries.
従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしながら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められた。 Conventionally, in the field of rechargeable secondary batteries, aqueous batteries such as lead batteries, nickel-cadmium batteries, and nickel-hydrogen batteries have been mainstream. However, as electric devices have become smaller and lighter, lithium-ion secondary batteries having a high energy density have attracted attention, and their research, development, and commercialization have been promoted rapidly.
一方、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車(EV)や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車(HEV)が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧を有する非水溶液系のリチウムイオン二次電池が注目されている。特に、角形のリチウムイオン二次電池は、パック化した際の体積効率が優れているため、HEV用あるいはEV用として開発への期待が高まっている。 On the other hand, electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV) that assist part of driving with electric motors have been developed by each automobile manufacturer due to global warming and depleted fuel problems. Secondary batteries have been demanded. As a power source that meets such requirements, a non-aqueous lithium ion secondary battery having a high voltage has attracted attention. In particular, prismatic lithium ion secondary batteries have excellent volumetric efficiency when packed into packs, and therefore, there are increasing expectations for development for HEVs or EVs.
しかし、HEV用あるいはEV用など大電流用途では電池の発熱は避けられず、電池の冷却が必要となる。一般的には、複数の電池を直列およびまたは並列に電気的に接続して構成される組電池の各電池間に隙間を設け、その隙間に空気などの冷却媒体を流すことで冷却を行っている。一方、電池内部では、電池缶内に収容されている電極材料が充放電に伴って膨張し、その影響によって電池缶も膨張する。 However, in large current applications such as HEV or EV, heat generation of the battery is inevitable, and cooling of the battery is necessary. Generally, cooling is performed by providing a gap between each battery of an assembled battery configured by electrically connecting a plurality of batteries in series and / or in parallel, and flowing a cooling medium such as air through the gap. Yes. On the other hand, inside the battery, the electrode material accommodated in the battery can expands with charging and discharging, and the battery can also expands due to the influence thereof.
この電池缶の膨張を抑制しつつ、電池の冷却を行う手段として、冷却用媒体を通す複数のスリット部を有するスペーサを各電池間に配置する技術が提案されている(特許文献1)。 As a means for cooling the battery while suppressing the expansion of the battery can, a technique has been proposed in which spacers having a plurality of slit portions through which a cooling medium passes are arranged between the batteries (Patent Document 1).
また、特許文献2には、リブ同士に挟まれる空間によって冷却空気が流れる流路を構成し、冷却空気の流れに沿って鉛直方向の高さが徐々に低くなるように電池ホルダのリブを形成する技術が提案されている(特許文献2)。
In
特許文献1で開示されている構造では、スペーサは、電池容器の開口部と平行に配置されている。HEV用あるいはEV用角形リチウムイオン二次電池では、扁平捲回群の捲回軸方向と電池容器の開口部が平行になる状態で扁平捲回群が電池容器内に収容されている。したがって、スペーサは、扁平捲回群の捲回軸方向と平行に配置されている。
In the structure disclosed in
これに対し、扁平捲回群の充放電に伴う膨張によって電池容器に作用する押圧力は、捲回軸方向に対して垂直方向に分布している。したがって、スペーサを捲回軸に対して平行に配置した場合、電池缶の膨張を抑制するのに効率的ではない。 On the other hand, the pressing force acting on the battery container due to the expansion accompanying the charging / discharging of the flat wound group is distributed in the direction perpendicular to the winding axis direction. Therefore, when the spacer is arranged in parallel to the winding axis, it is not efficient for suppressing the expansion of the battery can.
また、特許文献2で開示されている構造では、電池セルのセル幅方向一方側から他方側に向かって移行するにしたがって下方に移行するようにリブが傾斜しているので、セル高さ方向上側と下側の領域に、冷却空気が流れない袋小路の領域が形成される。したがって、電池セルの側面全面に亘って冷却空気を流すことができず、冷却効率が悪くなるおそれがある。
Further, in the structure disclosed in
本発明は、上記事案に鑑み、電池缶の膨張を抑制しつつ、角形二次電池の冷却構造を兼ね備えた優れた組電池を提供することを課題とする。 In view of the above-described case, an object of the present invention is to provide an excellent assembled battery having a cooling structure for a square secondary battery while suppressing expansion of a battery can.
上記課題を解決するために、本発明は、扁平形捲回電極群の捲回軸方向が電池缶のセル幅方向に沿って延在する姿勢状態で前記扁平形捲回電極群が前記電池缶に収容された角形二次電池を、前記電池缶のセル厚さ方向に複数並べて、互いに隣り合う前記電池缶の間にスペーサを介在させて、前記電池缶のセル幅方向に沿って冷却媒体が流される流路が形成された組電池であって、前記スペーサは、前記電池缶のセル高さ方向に所定間隔をおいて複数配置されており、前記セル幅方向一方側から他方側に向かって移行するにしたがって前記電池缶のセル高さ方向上側に向かって移行する第1傾斜部と、前記セル幅方向一方側から他方側に向かって移行するにしたがって前記電池缶のセル高さ方向下側に向かって移行する第2傾斜部とが前記電池缶のセル幅方向に交互に連続して形成された波形状を有することを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a flat wound electrode group in which the winding axis direction of the flat wound electrode group extends along the cell width direction of the battery can. A plurality of rectangular secondary batteries housed in the battery can are arranged in the cell thickness direction of the battery can, a spacer is interposed between the battery cans adjacent to each other, and a cooling medium is provided along the cell width direction of the battery can. The battery pack is formed with a flow path to be flowed, wherein a plurality of the spacers are arranged at predetermined intervals in the cell height direction of the battery can and from one side to the other side in the cell width direction. A first inclined portion that moves toward the upper side in the cell height direction of the battery can as it moves, and a lower side in the cell height direction of the battery can as it moves from one side to the other side in the cell width direction The second inclined portion that moves toward the battery is the battery. It is characterized by having a cell width direction are formed alternately and continuously waveform shape.
本発明によれば、電池缶の膨張を効果的に抑制しつつ、角形二次電池の冷却構造を兼ね備えた優れた組電池を提供することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the outstanding assembled battery which has the cooling structure of the square secondary battery can be provided, suppressing the expansion | swelling of a battery can effectively. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面を参照して、本発明を角形リチウムイオン二次電池の組電池に適用した実施形態について説明する。 Embodiments in which the present invention is applied to an assembled battery of a prismatic lithium ion secondary battery will be described below with reference to the drawings.
まず、第1実施の形態と第2実施の形態の両方において共通して用いられる角形二次電池の構成について説明する。 First, the configuration of a prismatic secondary battery that is commonly used in both the first embodiment and the second embodiment will be described.
図1は、電極の概略図、図2は、扁平形捲回電極群の斜視図、図3は、角形二次電池の分解斜視図、図4は、角形二次電池の斜視図である。 1 is a schematic view of an electrode, FIG. 2 is a perspective view of a flat wound electrode group, FIG. 3 is an exploded perspective view of a prismatic secondary battery, and FIG. 4 is a perspective view of the prismatic secondary battery.
角形二次電池1は、HEV用あるいはEV用の角形リチウムイオン二次電池(単電池)であり、図3に示すように、扁平箱形の電池容器2内に発電要素3を収容した構成を有している。電池容器2は、開口部11aを有する電池缶11と、電池缶11の開口部11aを封口する電池蓋21とを有する。発電要素3は、図1および図2に示すように、正極34と負極32との間にセパレータ33、35を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した扁平形捲回電極群31を有している。
The prismatic
電池缶11及び電池蓋21は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋21は、レーザ溶接によって電池缶11に溶接される。電池缶11は、図3に示すように、一対の幅広側面PWと、一対の幅狭側面PNと、底面PBとを有する。電池蓋21には、絶縁部材を介して正極端子51と負極端子61(一対の電極端子)が配設されており、蓋組立体を構成している。また、電池蓋21には、正極端子51及び負極端子61の他に、電池容器2内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器2内のガスを排出するガス排出弁71と、電池容器2内に電解液を注入するための注液口72が配置されている。
The battery can 11 and the
正極端子51及び負極端子61は、電池蓋21の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子51及び負極端子61は、電池蓋21の外側に配置される外部端子52、62と、電池蓋21を貫通して一端が外部端子52、62に導通接続される接続端子53、63を有している。正極側の外部端子52と接続端子53は、アルミニウム合金で製作され、負極側の外部端子62と接続端子63は、銅合金で製作されている。外部端子52,62には、バスバーを締結するためのボルト52a、62aが突設されている。
The
接続端子53、63と外部端子52、62は、それぞれ電池蓋21との間に図示していない絶縁部材が介在されており、電池蓋21から電気的に絶縁されている。接続端子53、63の他端は、電池蓋21の内側で集電端子54、64に導通接続されている。集電端子54、64は、電池蓋21の内側から電池缶11の底面PBに向かって延出して扁平形捲回電極群31に導通接続されている。扁平形捲回電極群31は、正極端子51の集電端子54と負極端子61の集電端子64との間に配置されて支持されており、蓋組立体及び扁平形捲回電極群31によって、発電要素組立体が構成されている。
Insulating members (not shown) are interposed between the
扁平形捲回電極群31は、図1及び図2に示すように、負極32と正極34とセパレータ33、35を順番に重ねて積層した帯状の積層体を、扁平形状に捲回することによって構成されている。扁平形捲回電極群31は、捲回方向(図2でY方向)に沿って互いに平行に延在する一対の平坦面31Pと、これら一対の平坦面31Pの各一方端部の間及び各他方端部の間に連続して形成された一対の湾曲面31Tとを有しており、その断面形状は、二つの半円を直線で結んだ長円形状をなす。
As shown in FIGS. 1 and 2, the flat
扁平形捲回電極群31は、図3に示すように、一方の湾曲面31T側から電池缶11に挿入される。そして、電池缶11の内部で、一対の平坦面31Pが一対の幅広側面PWに対向し、一方の湾曲面31Tが底面PBに対向し、他方の湾曲面31Tが電池蓋21に対向する姿勢状態に保持される。
As shown in FIG. 3, the flat
負極32は、負極金属箔の表面と裏面に負極合剤層が形成された負極塗工部32bと、幅方向一方側で長辺方向に沿って一定幅で負極金属箔が露出した負極未塗工部32aを有している。そして、正極34は、正極金属箔の表面と裏面に正極合剤層が形成された正極塗工部34bと、幅方向他方側で長辺方向に沿って一定幅で正極金属箔が露出した正極未塗工部34aを有している。
The
セパレータ33、35は、例えばポリエチレン製の微多孔性を有する絶縁材料からなり、正極34と負極32を絶縁する役割を有している。負極32の負極塗工部32bは、正極34の正極塗工部34bよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部34bは、必ず負極塗工部32bに挟まれるように構成されている。
The
正極未塗工部34a、負極未塗工部32aは、平坦面31Pで束ねられて溶接等により外部端子52、62につながる各極の集電端子54、64に接続される。尚、セパレータ33、35は、幅方向で負極塗工部32bよりも広いが、正極未塗工部34a、負極未塗工部32aで金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。正極34と負極32は、図2に示すように、正極未塗工部34aと負極未塗工部32aが捲回軸方向(図中でX方向)の一方側と他方側の位置に配置されるように重ねられて捲回される。
The positive electrode
正極34は、正極活物質としてリチウム含有複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)と、を重量比85:10:5で混合し、これに分散溶媒のN−メチルピロリドン(NMP)を添加、混練したスラリを、厚さ20μmのアルミニウム箔(正極金属箔)の両面に塗布して乾燥し、その後プレス、裁断をすることにより作製された。なお、アルミニウム箔の長手方向一側に形成された正極未塗工部34aを正極リードとした。
The
負極32は、負極活物質として非晶質炭素粉末に、結着剤としてPVDFを添加し、これに分散溶媒のNMPを添加、混練したスラリを、厚さ10μmの圧延銅箔の両面に塗布して乾燥し、その後プレス、裁断をすることにより作製された。なお、圧延銅箔の長手方向一側に連続して形成された負極未塗工部32aを負極リードとした。
In the
なお、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。 In this embodiment, amorphous carbon is exemplified as the negative electrode active material. However, the present invention is not limited to this, and natural graphite capable of inserting and removing lithium ions, various artificial graphite materials, coke, etc. The carbonaceous material or the like may be used, and the particle shape is not particularly limited to a scaly shape, a spherical shape, a fibrous shape, a massive shape, or the like.
上記した角形二次電池1を組み立てる場合は、まず、図1に示すように、正極34と負極32とを、これら両極が直接接触しないように間にセパレータ33、35を介在させて順番に重ね合わせる。そして、長辺方向一方側を捲回中心として、図2に示すように、扁平状に捲回して扁平形捲回電極群31を作製する。捲回時は、正極34、負極32、セパレータ33、35とも、電極長さおよびセパレータ長辺方向に10Nの荷重をかけて伸展しつつ、電極端面およびセパレータ端面が一定位置になるように蛇行制御しながら作製した。このとき、正極未塗工部34aと負極未塗工部32aとが、それぞれ扁平形捲回電極群31の互いに反対側の両端面に位置するように重ね合わせて捲回した。
When assembling the prismatic
次に、予め電池蓋21に正極端子51等が取り付けられて組み立てられている蓋組立体に対して、扁平形捲回電極群4を組み付けて、正極リードである正極未塗工部34aと正極集電端子54とを超音波溶接により接合して電気的に導通させ、同様に、負極リードである負極未塗工部32aと負極集電端子64とを超音波溶接により接合して電気的に導通させて、発電要素組立体を形成する。そして、電池缶11と発電要素組立体とを接近させて、電池缶11の開口部11aから電池缶11の内部に扁平形捲回電極群31を挿入して、扁平形捲回電極群31を収容する。なお、電池缶11と扁平形捲回電極群31との間には、図示していない絶縁樹脂シートが介在されている。そして、電池缶11の開口部11aを電池蓋21で閉塞して、電池缶11と電池蓋21との間をレーザ溶接して封止する。
Next, the flat wound electrode group 4 is assembled to the lid assembly in which the
次に、扁平形捲回電極群31全体を浸潤可能な所定量の非水電解液を、電池蓋21の注液口72から電池容器2内に注入して、その後に注液口72に栓73を取り付けて閉塞し、電池蓋21に栓73をレーザ溶接して封口する。これにより、角形二次電池1は、図4に示すように、完成した状態とされる。
Next, a predetermined amount of nonaqueous electrolyte that can infiltrate the entire flat
非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で1:2の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1モル/リットルの濃度で溶解したものを用いた。 In the non-aqueous electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved at a concentration of 1 mol / liter in a mixed solution in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 2. Was used.
また、本実施形態では、バインダとしてPVDFを例示したが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン/ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン等の重合体及びこれらの混合体などを使用するようにしてもよい。 In this embodiment, PVDF is exemplified as the binder, but polytetrafluoroethylene (PTFE), polyethylene, polystyrene, polybutadiene, butyl rubber, nitrile rubber, styrene / butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethylcellulose, various types Polymers such as latex, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, and mixtures thereof may be used.
更に、本実施形態では、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶液中にLiPF6を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにしてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されない。例えば、電解質としては、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li、CF3SO3Li等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等またはこれら2種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても限定されるものではない。 Furthermore, in the present embodiment, a nonaqueous electrolytic solution in which LiPF 6 is dissolved in a mixed solution of ethylene carbonate and dimethyl carbonate is illustrated, but nonaqueous electrolysis in which a general lithium salt is used as an electrolyte and this is dissolved in an organic solvent. A liquid may be used, and the present invention is not particularly limited to the lithium salt or organic solvent used. For example, as the electrolyte, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, or a mixture thereof can be used. Examples of the organic solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, Diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propiontonyl, etc., or a mixed solvent of two or more of these may be used, and the mixing ratio is not limited.
図5は、扁平形捲回電極群の膨張による電池容器の変形状態を説明するためのイメージ図である。なお、図5では、電池容器の変形状態を容易に理解するために変形状態を極端に示しており、実際には、例えば肉眼では容易に確認することが困難な程度の僅かな変形量となる。 FIG. 5 is an image diagram for explaining a deformed state of the battery case due to expansion of the flat wound electrode group. In FIG. 5, the deformation state is shown extremely in order to easily understand the deformation state of the battery case, and actually, for example, the deformation amount is a slight deformation amount that is difficult to confirm with the naked eye. .
角形二次電池1の扁平形捲回電極群31は、図5に示すように、電池缶11の幅広側面が拘束されていない状態では、充放電に伴い膨張する。そして、扁平形捲回電極群31の平坦面31Pと湾曲面31Tとの間の境界に形成される4箇所の境界部分31Lが、セル厚さ方向Cdに沿って外側に向かって移動し、電池缶11の幅広側面PWを内側から押圧する。
As shown in FIG. 5, the flat
電池缶11は、幅広側面PWのうち、境界部分31Lに対向する境界対向部12が最も強い押圧力F1で押圧される。そして、境界部分31Lから扁平形捲回電極群31の内側に向かうに従い、押圧力F2、F3は小さくなり、扁平形捲回電極群31の捲回方向中央位置で最少となる。
The battery can 11 is pressed with the strongest pressing force F1 at the
このように、扁平形捲回電極群31の膨張により電池缶11に作用する押圧力(膨脹力)は、扁平形捲回電極群31の捲回軸方向に垂直な方向であるセル高さ方向Chに沿って分布しており、セル高さ方向Chの位置に応じて異なっている。なお、図中で矢印F1〜F3の長さは、押圧力の大きさを示している。
Thus, the pressing force (expansion force) acting on the battery can 11 due to the expansion of the flat
一方、扁平形捲回電極群31の捲回軸方向と平行なセル幅方向Cw(図5の奥行き方向)では、その位置にかかわらず、電池缶11に作用する押圧力は、一定となっている。つまり扁平形捲回電極群31の充放電に伴う膨張力は、捲回軸方向に垂直なセル高さ方向Chには相互作用が弱く、捲回軸方向に平行なセル幅方向Cwには相互作用が強く働いている。すなわち、幅広側面PWのうち任意の一点で扁平形捲回電極群31の膨張を抑制する力を加えた場合、その力は捲回軸方向に垂直なセル高さ方向Chへの影響力は小さいが、捲回軸方向に平行なセル幅方向Cwへの影響力は大きくなる。
On the other hand, in the cell width direction Cw (depth direction in FIG. 5) parallel to the winding axis direction of the flat
<第1の実施形態>
第1の実施形態について図6および図7を用いて説明する。
図6は、第1の実施形態に係わる組電池の構成を説明する模式図であり、図7は、セパレータおよび角形二次電池を図6のA方向から矢視した図である。
<First Embodiment>
A first embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of the assembled battery according to the first embodiment, and FIG. 7 is a view of the separator and the square secondary battery as viewed from the direction A in FIG.
組電池81は、6個の角形二次電池1を一定の隙間を設けて平行に並べて、バスバー82によって電気的に直列に接続している。そして、互いに隣り合う角形二次電池1の間には、スペーサ101が配置されている。組電池81は、図示していないステンレスや銅などの一対の金属プレートを組電池81の配列方向両側に配置して挟み込み、ボルトなどで拘束することにより各角形二次電池1の膨張を抑制している。
The assembled
スペーサ101は、隣り合う角形二次電池1の互いに対向する幅広側面PWの間に介在されており、電池缶11の幅広側面PWを間に介して扁平形捲回電極群31の平坦面31Pに対向する位置に配置されている。
The
スペーサ101は、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの樹脂材料や、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属材料によって構成することができる。尚、図示していないが、スペーサ101は、組電池81を収容する容器と一体化しても良い。
The
スペーサ101は、扁平形捲回電極群31の捲回軸方向であるセル幅方向Cwに対して異なる所定の延伸角度を有する2種類の傾斜部101a、101bの連続した繰り返しにより構成されており、捲回軸方向に垂直な方向であるセル高さ方向Chに所定間隔をおいて複数配置されている。
The
スペーサ101は、図7に示すように、電池缶11のセル高さ方向Chに所定間隔をおいて複数配置されている。各スペーサ101は、セル幅方向Cwの一方側から他方側に向かって移行するにしたがって電池缶11のセル高さ方向Ch上側に向かって移行する第1傾斜部101aと、セル幅方向Cwの一方側から他方側に向かって移行するにしたがって電池缶11のセル高さ方向Ch下側に向かって移行する第2傾斜部101bとが電池缶11のセル幅方向Cwに交互に連続して形成された波形状を有している。
As shown in FIG. 7, a plurality of
スペーサ101は、電池缶11の幅広側面PWに沿って平行に延在し、電池缶11のセル幅方向Cwの一方端部から他方端部の間に亘って連続して設けられている。第1傾斜部101aと第2傾斜部101bは、それぞれ直線形状を有しており、セル幅方向Cwとの間の角度が10°以上90°未満になるように設定されている。
The
スペーサ101は、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとの間に角部101cを有している。角部101cは、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとを互いに接続しており、スペーサ101全体が三角波形状を形成する形状を有している。
The
扁平形捲回電極群31の膨張により電池缶11に作用する押圧力は、図5に示すように、捲回軸方向に垂直な方向であるセル高さ方向Chに分布しており、その位置に応じて大きさが異なるのに対して、捲回軸方向と平行(図7の奥行き方向)な方向であるセル幅方向Cwには大きさが一定である。
The pressing force acting on the battery can 11 by the expansion of the flat
扁平形捲回電極群31の充放電に伴う膨張力は、捲回軸方向に垂直な方向には相互作用が弱く、捲回軸方向に平行な方向には相互作用が強く働いている。幅広側面PWのうち任意の一点で捲回群の膨張を抑制する力を加えた場合、その力は捲回軸方向に垂直な方向への影響力は小さいが、捲回軸方向に平行な方向への影響力は大きくなる。
The expansion force associated with charging / discharging of the flat
スペーサ101は、セル幅方向Cwに対して所定の傾斜角度を有して延在する第1傾斜部101aと第2傾斜部101bを有しているので、押圧力が分布する方向に沿って電池缶11の幅広側面を押さえることができる。したがって、従来のセル幅方向Cwに沿って平行に延在する構造を有するスペーサよりも、扁平形捲回電極群31の膨張を抑制する力を強くすることができ、電池缶11の変形を効果的に抑制することができる。
Since the
そして、スペーサ101は、扁平形捲回電極群31の膨張を抑制する力が強いので、従来のスペーサよりもスペーサ101同士の配置間隔を拡げることができ、幅広側面PWに沿って形成される冷却媒体の通路の通路面積をより大きく確保することができる。
Since the
また、スペーサ101は、電池缶11のセル幅方向Cwに亘って連続して設けられており、スペーサ101の端部は、電池缶11のセル幅方向Cwの端面位置に配置されている。したがって、電池缶11のセル幅方向Cw一方側から他方側に亘って連続する流路を形成することができる。したがって、特許文献2のような袋小路の部分が形成されることはなく、冷却媒体AFを電池缶11の幅広側面PW全面に沿って流通させることができ、冷却が効率よく実施されることとなる。
Further, the
<第2の実施形態>
第2の実施形態について図8を用いて説明する。
図8は、第2の実施形態を説明する図であり、図6に対応する図である。
<Second Embodiment>
A second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining the second embodiment and corresponds to FIG. 6.
第1の実施形態では、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとの交点が角部101cによって互いに接続される構成について説明したが、本実施の形態では、角部101cの代わりに、湾曲部101dによって互いに接続される構成を有している。
In the first embodiment, the configuration in which the intersections of the first
スペーサ101は、図9に示すように、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとの間に湾曲部101dを有している。湾曲部101dは、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとの間を円滑に接続する円弧形状を有している。このように、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとの間を湾曲部101dで接続することにより、スペーサの間を空気などの冷却媒体が通る際の圧損を軽減することが可能となる。
As shown in FIG. 9, the
本発明は、上記した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記した第1および第2の実施形態では、スペーサ101の第1傾斜部101aと第2傾斜部101bがセル幅方向Cwの一方端部から他方端部に亘って切れ目なく接続されている構成について説明したが、途中に切り欠き部101eを有していてもよい。
For example, in the first and second embodiments described above, the first
図9、図10は、上記した各実施形態におけるセパレータの他の構成例を示す図であり、図6に対応する図である。 FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing another configuration example of the separator in each of the above-described embodiments, and correspond to FIG.
各スペーサ101は、図9、図10に示すように、セル幅方向Cwの中央位置で、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとの間を、電池缶11のセル高さ方向Chに亘って切り欠いた切り欠き部101eを有している。切り欠き部101eは、各スペーサ101の間に形成される複数の流路同士を、その流路途中で互いに連通させる。切り欠き部101eは、ゴミなどの異物が流路内に溜まるのを防ぐことができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, each
また、上記した各実施形態では、第1傾斜部101aと第2傾斜部101bが直線形状を有しており、スペーサ101全体が三角波形状を有する場合を例に説明したが、スペーサ101は、いわゆる波形形状であればよく、例えば第1傾斜部101aと第2傾斜部101bが曲線形状を有しており、スペーサ101全体が正弦波形状を有する構成としてもよい。
In each of the above embodiments, the first
[実施例]
次に、第1の実施形態における具体的な実施例の構成について図11〜図13を用いて説明する。図11は、第1の実施形態に係わる組電池の一実施例を示す斜視図、図12は、角形二次電池と中間ホルダの組立状態を示す斜視図、図13は、図12の分解状態を示す斜視図である。
[Example]
Next, the configuration of a specific example in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 11 is a perspective view showing an example of the assembled battery according to the first embodiment, FIG. 12 is a perspective view showing an assembled state of the prismatic secondary battery and the intermediate holder, and FIG. 13 is an exploded view of FIG. FIG.
組電池81は、複数の角形二次電池1と、各角形二次電池1を積層した状態に保持するセルホルダ91を有している。セルホルダ91は、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの樹脂材料や、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属材料によって構成することができる。
The assembled
セルホルダ91は、互いに隣り合う角形二次電池1の間に介在される中間セルホルダ92と、中間セルホルダ92に保持された複数の角形二次電池1の積層方向両端部に配置されて中間セルホルダ92との協働により角形二次電池1を保持する一対の端部セルホルダ93とからなる。端部セルホルダ93は、中間セルホルダ92を、その中心位置で積層方向に分割した構造を有している。したがって、以下の説明では、中間セルホルダ92の構成についてのみ説明し、端部セルホルダ93の構成については、中間セルホルダ92の構成と同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
The
中間セルホルダ92は、例えば図12に示すように、電池缶11の幅広側面PWの上端部及び下端部に対向する位置に配置される2本の端部スペーサ102、102と、幅広側面PWの上端部と下端部との間の領域に対向する位置に配置される4本のスペーサ101(以下、中間スペーサ101という)を有している。各中間スペーサ101は、幅広側面PWを間に介して扁平形捲回電極群31の平坦面31Pに対向する位置に配置されている。
For example, as shown in FIG. 12, the
中間スペーサ101は、電池缶11のセル高さ方向Chに所定間隔をおいて4本が配置されている。中間スペーサ101は、直線形状を有する第1傾斜部101aと第2傾斜部101bとが電池缶11のセル幅方向Cwに交互に連続して形成されている。中間スペーサ101は、電池缶11の幅広側面PWに沿って平行に延在して、電池缶11のセル幅方向Cwの一方端部から他方端部の間に亘って連続して設けられている。
Four
中間セルホルダ92は、図12及び図13に示すように、セル幅方向両端部で対峙して積層方向に延在する一対の側壁部111、111と、セル高さ方向下端部で積層方向に延在して一対の側壁部111、111の下端部間を連結する底壁部112とを有している。中間セルホルダ92の一対の側壁部111、111は、積層方向一方側と他方側に配置される各角形二次電池1の幅狭側面PNとそれぞれ対向し、底壁部112は、積層方向一方側と他方側に配置される各角形二次電池1の底面PBに対向する。一対の側壁部111、111と底壁部112は、積層方向一方側あるいは他方側に配置される中間セルホルダ92の一対の側壁部111、111と底壁部112に連結される。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
一対の側壁部111、111には、端部スペーサ102、102と中間スペーサ101との間の空間に連通する第1開口部111aと、セル高さ方向に並んで配置されている複数の中間スペーサ101の間の空間に連通する第2開口部111bが開口して形成されており、中間セルホルダ92のセル幅方向Cwの一方側から他方側に冷却媒体を通過させることができるようになっている。
The pair of
上記構成を有する組電池81は、中間スペーサ101がセル幅方向Cwに対して所定の傾斜角度を有して延在する第1傾斜部101aと第2傾斜部101bを有しているので、押圧力が分布する方向に沿って電池缶11の幅広側面PWを押さえることができる。したがって、従来のセル幅方向Cwに沿って平行に延在する構造を有するスペーサよりも、扁平形捲回電極群31の膨張を抑制する力を強くすることができ、電池缶11の変形を効果的に抑制することができる。
The assembled
中間スペーサ101は、扁平形捲回電極群31の膨張を抑制する力が強いので、従来のスペーサよりもスペーサ101同士の配置間隔を拡げることができる。したがって、例えば中間スペーサ101の本数を3本や2本に減らすことができ、幅広側面PWに沿って形成される冷却媒体の通路の通路面積をより大きく確保することができる。
Since the
また、中間スペーサ101は、電池缶11のセル幅方向Cwに亘って連続して設けられており、中間スペーサ101の端部は、電池缶11のセル幅方向Cwの端面位置に配置されている。したがって、電池缶11のセル幅方向Cw一方側から他方側に亘って連続する流路を形成することができ、冷却媒体AFを電池缶11の幅広側面PW全面に沿って流通させることができ、高い冷却効率を得ることができる。
The
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 角形二次電池
2 電池容器
3 発電要素
11 電池缶
12 境界対向部
21 電池蓋
31 扁平形捲回電極群
31P 平面部
31T 湾曲部
31L 境界部分
81 組電池
101 スペーサ
102 端部スペーサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記スペーサは、前記電池缶のセル高さ方向に所定間隔をおいて複数配置されており、前記セル幅方向一方側から他方側に向かって移行するにしたがって前記電池缶のセル高さ方向上側に向かって移行する第1傾斜部と、前記セル幅方向一方側から他方側に向かって移行するにしたがって前記電池缶のセル高さ方向下側に向かって移行する第2傾斜部とが前記電池缶のセル幅方向に交互に連続して形成された波形状を有することを特徴とする組電池。 A prismatic secondary battery in which the flat wound electrode group is accommodated in the battery can in a posture state in which the winding axis direction of the flat wound electrode group extends along the cell width direction of the battery can, the battery A battery pack in which a plurality of batteries are arranged in the cell thickness direction of the can and a spacer is interposed between the battery cans adjacent to each other to form a flow path through which a cooling medium flows along the cell width direction of the battery can. And
A plurality of the spacers are arranged at a predetermined interval in the cell height direction of the battery can, and as the cell width direction moves from one side to the other side, on the cell height direction upper side of the battery can. The battery can includes a first inclined portion that moves toward the lower side and a second inclined portion that moves toward the lower side in the cell height direction of the battery can as it moves from one side to the other side in the cell width direction. A battery pack having a wave shape formed alternately and continuously in the cell width direction.
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