JP2014120700A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ソフトケースの耐久性の低下を防止することが可能な蓄電モジュールを提供する。
【解決手段】電荷を蓄えることが可能な蓄電部１３と、蓄電部１３を挟んで収容し外周縁部が接着される袋状のソフトケース１１と、蓄電部１３から外周縁部を通じてソフトケース１１の外部まで延設される電極板１２と、を備える蓄電セル１０が蓄電セル１０の厚み方向に複数積層され、異なる蓄電セル１０間で電極板１２が連結される蓄電モジュール１００であって、個々の蓄電セル１０を収容し、外周縁部のうち電極板１２が蓄電部１３から外部まで挿通する電極挿通部１１ｄを蓄電セル１０の厚み方向両側から挟持するセルケース２０を備え、セルケース２０は、電極挿通部１１ｄを挟持する挟持部２５と、電極挿通部１１ｄから外部に突出する電極板１２の一部を収容し内寸が電極板１２の先端に向けて拡大するテーパ状に形成される電極出口部２６と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電モジュールに関するものである。

リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタなどの蓄電セルが多数積層された蓄電モジュールが知られている。蓄電セルは、電荷を蓄えることが可能な蓄電部と、一対のラミネートフィルムから構成され蓄電部を電解液とともに収容するソフトケースと、蓄電部から外部まで延設される電極板と、を有する。

蓄電モジュールは、特に車両等に搭載された場合に外部から入力される衝撃を緩和して耐久性を確保する必要がある。そこで、特許文献１には、蓄電セルを両側面及び下面の合わせて三方から、弾性樹脂製のコの字型の枠体によって挟持することが記載されている。この枠体は内周面にスリットを有し、ソフトケースの外周縁部がスリット内に嵌め込まれることで蓄電セルが枠体に固定される。蓄電モジュールは枠体に固定された蓄電セルを多数積層して構成される。

特開２００３−２７２９７４号公報

蓄電セルの電極板は、隣接する蓄電セルの電極板と直列又は並列に固定される。蓄電セルの厚みが充放電に伴って変化すると、蓄電モジュール内で蓄電セルが厚み方向に変位するが、電極板は他の蓄電セルの電極板と固定されているので、蓄電セルの蓄電部と電極板とが蓄電セルの厚み方向に相対変位する。これにより、ソフトケースの外周縁部であって電極板が設けられる側の外周縁部が厚み方向に首振りを起こし、当該外周縁部の付け根に曲げ変形が生じるので、ソフトケースの耐久性が低下する可能性がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、充放電に伴って蓄電セルの厚みが変化してもソフトケースの耐久性が低下することを防止することが可能な蓄電モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、電荷を蓄えることが可能な蓄電部と、蓄電部を挟んで収容し外周縁部が接着される袋状のソフトケースと、蓄電部から外周縁部を通じてソフトケースの外部まで延設される電極板と、を備える蓄電セルが蓄電セルの厚み方向に複数積層され、異なる蓄電セル間で電極板が連結される蓄電モジュールであって、個々の蓄電セルを収容し、外周縁部のうち電極板が蓄電部から外部まで挿通する電極挿通部を蓄電セルの厚み方向両側から挟持するセルケースを備え、セルケースは、電極挿通部を挟持する挟持部と、電極挿通部から外部に突出する電極板の一部を収容し内寸が電極板の先端に向けて拡大するテーパ状に形成される電極出口部と、を有する、ことを特徴とする。

本発明では、セルケースの挟持部によってソフトケースの外周縁部のうち電極挿通部を挟持するので、充放電によって蓄電セルの厚みが変化してもソフトケースの電極挿通部が厚み方向に首振りを起こすことを抑制することができる。さらに、電極挿通部から外部に突出する電極板の一部はテーパ状の電極出口部に収容されるので、蓄電セルの蓄電部と電極板の先端とが厚み方向に相対変位する際に電極挿通部の付け根ではなく、電極出口部に位置する電極板の途中から首振り変位させることができる。よって、ソフトケースの首振りによる耐久性の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るキャパシタモジュールを示す模式図である。 キャパシタを示す斜視図である。 セルケースに収容されたキャパシタの斜視図である。 セルケースの斜視図である。 図４のセルケースを厚み方向に垂直な面で切断した断面を示す断面図である。 図４のセルケースを幅方向に垂直な面で切断した断面を示す断面図である。 キャパシタを収容するセルケースを正面から見た場合の透視図である。 図７のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態におけるキャパシタモジュール１００を示す模式図である。

蓄電モジュールとしてのキャパシタモジュール１００は、図１に示すように、蓄電セルとしての電気二重層キャパシタ１０（以下、単に「キャパシタ１０」と称する。）がその厚み方向に複数積層されて構成される。なお、キャパシタ１０に代えて、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などの化学電池を蓄電セルとして用いてもよい。

キャパシタモジュール１００は、直列に接続されることで電圧が高められ、並列に接続されることで容量が増やされる。例えば、キャパシタモジュール１００の電圧を数百ボルトまで高めたい場合には、単体では数ボルトの電圧であるキャパシタ１０が、直列に数十個接続されて用いられる。

図２は、キャパシタモジュール１００を構成するキャパシタ１０のうち単一のキャパシタ１０のみを示す斜視図である。

キャパシタ１０は、電荷を蓄えることが可能な蓄電部１３と、蓄電部１３を挟んで収容するとともに外周縁部が接着されて矩形の袋状に形成されるソフトケース１１と、蓄電部１３の上部からソフトケース１１の上部を通じて外部に引き出されて露出する一対の電極板１２と、を備える。

蓄電部１３は、正極集電極（図示省略）及び負極集電極（図示省略）と、正極集電極と負極集電極との間に介在され両者を隔離するセパレータ（図示省略）と、が順に複数積層されて形成された積層体である。

ソフトケース１１は、対向して設けられる一対の可撓性積層シートであるラミネートフィルムが袋状に貼り合わされて形成される。ラミネートフィルムは、金属の層と、金属の層を被覆する樹脂の層と、を備える多層構造のフィルム材である。

ソフトケース１１は、内部に電解液を充填した状態で蓄電部１３を密封する。つまり、ソフトケース１１には、セパレータを介して交互に積層された複数の正極集電極と負極集電極とが、電解液とともに収容される。キャパシタ１０は、正極集電極と負極集電極との間に充填された電解液のイオンが電気二重層を構成し、電極板１２を介して充放電可能に電荷を蓄える。

ソフトケース１１の外周は４辺を有する矩形に形成される。ソフトケース１１は、内部に蓄電部１３が収容される収容部１１ａと、収容部１１ａの外周縁部において一対のラミネートフィルムが接着されて形成されるフランジ部１１ｂと、を有する。つまり、ソフトケース１１は、収容部１１ａにおいては一対のラミネートフィルムと蓄電部１３とを合わせた厚みを有し、フランジ部１１ｂにおいては一対のラミネートフィルムのみの厚みを有する。

電極板１２は、ソフトケース１１の同一の辺から引き出される一対の矩形の金属板である。一方の電極板１２は、蓄電部１３の正極集電極に接続され、他方の電極板１２は、蓄電部１３の負極集電極に接続される。電極板１２は、図２に示すように、ソフトケース１１の上側の辺におけるラミネートフィルムの合わせ面１１ｃを貫通して外部に突出する。

電極板１２は、隣り合うキャパシタ１０間で溶接されることによって連結される。これにより、隣り合うキャパシタ１０が、直列に接続される。なお、溶接に代えて、電極板１２どうしをボルト締結などによって連結してもよい。また、電極板１２は、隣り合うキャパシタ１０が並列に接続されるように連結されてもよい。

図３は、後述するセルケース２０に収容されたキャパシタ１０の斜視図である。

図２に示すように構成された個々のキャパシタ１０は、図３に示すようにセルケース２０に収容された状態で複数積層され、図示しないハードケース内に収容されてキャパシタモジュール１００となる。

セルケース２０は、シリコン等の弾性樹脂材にアルミ等の金属粉を混ぜた複合材からなる。セルケース２０は、キャパシタ１０の蓄電部１３に生じる熱を外部へ放出する放熱機能と、個々のキャパシタ１０を絶縁状態に保つ絶縁機能と、外部から入力される衝撃を緩和する衝撃緩和機能と、を有する。

図４は、セルケース２０の斜視図である。以下の説明において、図４に示すｘ軸方向を幅方向、ｙ軸方向を厚み方向、ｚ軸方向を高さ方向、と称する。図５は、図４のセルケース２０を厚み方向に垂直な面で切断した断面を示す断面図である。図６は、図４のセルケース２０を幅方向に垂直な面で切断した断面を示す断面図である。

図４に示すように、セルケース２０は、上部中央に切り欠き２１を有する略Ｃ字型に形成される。切り欠き２１は、キャパシタ１０をセルケース２０に収容する際に幅方向に押し広げるために設けられており、キャパシタ１０を収容した後は切り欠き面同士が図示するように当接する。

セルケース２０の内部であって切り欠き２１の下部には、キャパシタ１０を収容するキャパシタ収容部２２が画成される。キャパシタ収容部２２の内径寸法はキャパシタ１０の外形寸法より僅かに大きく設定される。

セルケース２０の厚み方向の両側面には、キャパシタ収容部２２と外部とを貫通する矩形の貫通孔２３がそれぞれ形成される。貫通孔２３の四隅には、キャパシタ１０を収容する際にセルケース２０が裂けることを防止するため、円形の溝２４がそれぞれ形成される。貫通孔２３の内径寸法は、ソフトケース１１の収容部１１ａの外形寸法と略同一に設定される。貫通孔２３の厚み方向寸法は、ソフトケース１１の収容部１１ａがフランジ部１１ｂから厚み方向に膨出する量と略同一に設定される。これにより、ソフトケース１１をセルケース２０に収容すると、ソフトケース１１の収容部１１ａがセルケース２０の両側面に形成される貫通孔２３に嵌合し、収容部１１ａとセルケース２０の側面とは略面一となる。

図５に示すように、セルケース２０のキャパシタ収容部２２の上部には、ソフトケース１１の上部のフランジ部１１ｂを挟持する挟持部２５が形成される。挟持部２５の高さ方向の寸法は、ソフトケース１１の上部のフランジ部１１ｂの高さ方向の寸法と略同一に設定される。

また、挟持部２５は、ソフトケース１１の上部のフランジ部１１ｂのうち、電極板１２が挿通する電極挿通部１１ｄ（図２参照）を挟持する電極挟持部２５ａと、電極板１２が挿通しない部分を挟持するフランジ挟持部２５ｂと、から構成される。フランジ挟持部２５ｂは、キャパシタ収容部２２の幅方向にわたって形成され、フランジ挟持部２５ｂの途中に矩形の電極挟持部２５ａが一対形成される。フランジ挟持部２５ｂにおける厚み方向の隙間は、一対のラミネートフィルムの厚みと等しくなるように設定される。電極挟持部２５ａにおける厚み方向の隙間は、一対のラミネートフィルムの厚みと電極板１２の厚みとの和と等しくなるように設定される。電極挟持部２５ａの幅方向寸法は、電極板１２の幅方向寸法より僅かに大きく設定される。

セルケース２０の挟持部２５の上部には、ソフトケース１１の上辺から外部に突出する電極板１２を収容する電極出口部２６が形成される。電極出口部２６は、電極挟持部２５ａの上端からセルケース２０の上面まで貫通するように形成され、セルケース２０の上面に矩形の開口２６ａを有する。電極出口部２６の幅方向寸法は、２つの電極板１２が電極挟持部２５ａに挟持された状態でセルケース２０が各電極板１２に干渉しない程度に設定される。電極出口部２６は、厚み方向寸法が図６に示すように、下部から上部へ向けて拡大するように、すなわち電極板１２の先端に向けて拡大するようにテーパ状に形成される。

セルケース２０は以上のように構成され、図２に示すキャパシタ１０を図４に示すセルケース２０に収容すると、図３に示すようになる。この状態では、キャパシタ１０は幅方向及び高さ方向の外周端が全周にわたってセルケース２０に収容され、電極板１２のみが上面の開口２６ａから外部に突出する。また、キャパシタ１０の厚み方向の両側面は、セルケース２０の厚み方向の両側面に設けられる貫通孔２３を介して露出される。さらに、ソフトケース１１の収容部１１ａはセルケース２０の両側面の貫通孔２３に嵌合しているので、ソフトケース１１はセルケース２０に対して幅方向、厚み方向及び高さ方向に固定される。

図７は、キャパシタ１０を収容するセルケース２０を正面から見た場合の透視図である。図８は、図７のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

ソフトケース１１のフランジ部１１ｂは、セルケース２０のキャパシタ収容部２２から挟持部２５までにわたって収容される。フランジ部１１ｂの上下左右４辺のうち、上辺は挟持部２５によって拘束され、残りの３辺はキャパシタ収容部２２内の空間に収容されるのみで拘束されない。

また、図８に示すように、フランジ部１１ｂの上辺は挟持部２５によって拘束されるが、ソフトケース１１から上方へと突出する電極板１２はセルケース２０には拘束されない。さらに、セルケース２０の電極出口部２６は厚み方向の内寸が上方へ向けて拡径するテーパ状に形成される。

ここで、キャパシタ１０の充放電時にキャパシタ１０の厚みが変化すると、キャパシタモジュール１００内でキャパシタ１０が厚み方向に変位するが、電極板１２は他のキャパシタ１０の電極板１２と溶接固定されているので、キャパシタ１０の蓄電部１３と電極板１２とが厚み方向に相対変位する場合がある。蓄電部１３と電極板１２とが厚み方向に相対変位すると、電極板１２がキャパシタ１０の厚み方向に首振り変位する。このとき、ソフトケース１１のフランジ部１１ｂはセルケース２０によって厚み方向両側から挟持されているので首振りが抑制される。一方、電極板１２はキャパシタ１０の厚み方向に首振りするが、電極出口部２６がテーパ状に形成されていることにより、電極板１２がより下側を支点として首振り変位する。

また、キャパシタ１０の厚みが変化して蓄電部１３とセルケース２０が相対変位する方向に力が作用した場合、ソフトケース１１のフランジ部１１ｂであって挟持部２５に拘束されていない３辺は、セルケース２０のキャパシタ収容部２２内で自由に変位する。したがって、当該フランジ部１１ｂの収容部１１ａに対する首振り変位が抑制され、当該フランジ部１１ｂの付け根に曲げ変形が生じることが抑制される。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

セルケース２０の挟持部２５によってソフトケース１１の上部のフランジ部１１ｂを挟持するので、充放電によってキャパシタ１０の厚みが変化して蓄電部１３と電極板１２とが厚み方向に相対変位しても、ソフトケース１１の電極挿通部１１ｄが厚み方向に首振り変位することを抑制することができる。よって、ソフトケース１１の首振りによって電極挿通部１１ｄの付け根に曲げ変形が生じることを抑制でき、ソフトケース１１の耐久性の低下を抑制することができる。

さらに、ソフトケース１１から上方へと突出する電極板１２の一部を収容する電極出口部２６は、上方へ行くほど内寸が拡大するテーパ状に形成されるので、蓄電部１３と電極板１２とが厚み方向に相対変位する際に、電極板１２をより下側を支点として首振りさせることができる。よって、曲がる電極板１２の曲率半径をより大きくすることができるので、電極板１２の疲労に対する耐力を向上させることができる。

さらに、ソフトケース１１の４辺のフランジ部１１ｂのうち、電極挿通部１１ｄ以外の３辺に沿ったフランジ部１１ｂはセルケース２０によって非拘束状態に収容されるので、充放電によってキャパシタ１０の厚みが変化して収容部１１ａとセルケース２０とが厚み方向に相対変位する場合に、当該フランジ部１１ｂをセルケース２０のキャパシタ収容部２２内で自由に変位させることができる。よって、当該フランジ部１１ｂの収容部１１ａに対する首振りを防止することができるので、当該フランジ部１１ｂの付け根における耐久性の低下を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１０ キャパシタ（蓄電セル）
１１ ソフトケース
１１ｄ 電極挿通部
１２ 電極板
１３ 蓄電部
２０ セルケース
２５ 挟持部
２６ 電極出口部
１００ キャパシタモジュール（蓄電モジュール）

Claims (2)

1. 電荷を蓄えることが可能な蓄電部と、前記蓄電部を挟んで収容し外周縁部が接着される袋状のソフトケースと、前記蓄電部から前記外周縁部を通じて前記ソフトケースの外部まで延設される電極板と、を備える蓄電セルが前記蓄電セルの厚み方向に複数積層され、異なる前記蓄電セル間で前記電極板が連結される蓄電モジュールであって、
   個々の前記蓄電セルを収容し、前記外周縁部のうち前記電極板が前記蓄電部から外部まで挿通する電極挿通部を前記蓄電セルの厚み方向両側から挟持するセルケースを備え、
   前記セルケースは、前記電極挿通部を挟持する挟持部と、前記電極挿通部から外部に突出する前記電極板の一部を収容し内寸が前記電極板の先端に向けて拡大するテーパ状に形成される電極出口部と、を有する、
   ことを特徴とする蓄電モジュール。
2. 請求項１に記載の蓄電モジュールであって、
   前記ソフトケースは外周縁部を構成する４辺を接着して形成され、
   前記セルケースは、前記挟持部によって前記外周縁部のうちの１辺のみを挟持し、前記外周縁部の残りの３辺を非拘束状態に収容する、
   ことを特徴とする蓄電モジュール。

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