JP2015002082A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】外装体の設計自由度を高めることができる蓄電装置を提供する。
【解決手段】複数の単電池200と、複数の単電池200を収容するモジュールケース14を備える電池モジュール1であって、モジュールケース14のケース本体100は、複数の単電池200の間に、仕切板140を取り付けるための取り付け部143を有する。
【選択図】図6

Description

本発明は、1以上の蓄電素子を外装体に収容した蓄電装置に関する。
1以上の蓄電素子(単電池)を外装体(モジュールケース)に収容した蓄電装置(電池モジュール)を複数備え、当該複数の電池モジュールをパックケースに収容した電池パックが知られている。このような電池パックを構成する電池モジュールにおいて、単電池の絶縁を確保する、または、単電池の熱が周囲に伝わらないような構成にする必要がある。例えば、特許文献1では、モジュールケースに複数の単電池を収容したときに、複数の単電池の間に空間が設けられるように構成することにより絶縁性及び断熱性を確保している。
また、複数の単電池を収容したときに、複数の単電池の間に仕切板が形成されているモジュールケースを利用することで、より絶縁性及び断熱性を確保している電池モジュールもある。
特開2012−128983号公報
しかしながら、上記従来の構成では、単電池の絶縁性および断熱性の確保を行うために複数種類の外装体の構成のうちの一つ構成を選択した場合、絶縁性、断熱性、その他の性質の観点による必要性に応じて、選択した構成から他の種類の外装体の構成に変更することは難しい。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、外装体の設計自由度が高く、設計思想に応じて外装体の構造を変更することが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電装置は、1以上の蓄電素子と、前記1以上の蓄電素子を収容する外装体を備える蓄電装置であって、前記外装体は、前記蓄電素子の側方に仕切板を取り付けるための取り付け部を有する。
これによれば、外装体には、蓄電素子の側方に仕切板を取り付けるための取り付け部が設けられているため、選択的に仕切板を外装体に取り付けることができる。仕切板の必要性に応じて、外装体への仕切板の設置または非設置を選択できる。このように、設計思想に応じて、外装体の構造を自由に変更することができる。
また、前記外装体は、第一方向の一方側の底である第一面と、前記第一面から前記第一方向の他方側に延び、かつ、前記蓄電素子の前記第一方向の一方側の一部の側方に設けられる仕切部と、を有し、前記仕切板は、前記仕切部を前記第一方向の他方側に延長する位置に配置されてもよい。
これによれば、外装体は蓄電素子の第一方向の一方側の一部を仕切るように形成される仕切部を有するため、蓄電素子を所定の位置に配置することが容易になる。つまり、仕切部により蓄電素子の外装体への位置決めを容易にできる。
また、前記仕切部は、前記外装体の前記第一面に連続して形成されており、かつ、前記第一面に交差する一側面から、前記第一面に連続して形成されており、かつ、前記一側面に対向する他側面まで、連続して繋がっていてもよい。
これによれば、仕切部が外装体の一側面から他側面までに渡って連続して繋がって形成されているため、結露などにより水分などが外装体の第一面に溜まった場合でも、蓄電素子の容器と蓄電素子の周辺に配置される部材(蓄電素子を含む)との絶縁を確実に図ることができる。
また、前記取り付け部は、前記仕切部であり、前記仕切部の前記第一方向の他方側の端部には、前記仕切板の第一方向の一方側の端部とが嵌合するための嵌合部が形成されていてもよい。
これによれば、外装体には仕切部の第一方向の他方側の端部に仕切板の第一方向の一方側の端部が嵌合する溝部が形成されているため、仕切板を仕切部の溝部に差し込んで嵌合させることのみで、容易に仕切板を外装体に取り付けることができる。
また、前記外装体は、前記仕切部が形成されている前記第一面とは異なる面に開口部が形成されていてもよい。
これによれば、外装体には、仕切部が形成されている第一面とは異なる面である側面に開口部が形成されている。このように、仕切部の周囲ではなく、側面に開口部が形成されているため、仕切部の強度を確保できる。
また、さらに、前記外装体の前記取り付け部に着脱自在に設置される前記仕切板を備えてもよい。
これによれば、外装体の取り付け部に仕切板が着脱自在に設けられるため、仕切板の必要性に応じて、仕切板の着脱を自由に設定できる。
また、前記仕切板は、絶縁性を有する部材であってもよい。
これによれば、仕切板は絶縁性を有する部材であるため、蓄電素子からの熱の遮断とともに、蓄電素子の絶縁を確保できる。
また、前記蓄電装置は、第二方向に並ぶ複数の前記蓄電素子を備え、前記取り付け部は、前記複数の蓄電素子の間に前記仕切板を取り付け可能な位置に形成されていてもよい。
これによれば、複数の蓄電素子の間に仕切板を取り付けるための取り付け部が設けられているため、複数の蓄電素子の間の断熱性を向上させる必要がある場合に、選択的に仕切板を取り付けることができる。
また、前記仕切板は、前記第一方向の一方側に切り欠き部が形成されており、前記外装体の前記仕切部に形成される前記溝部の内部には、前記切り欠き部とさらに嵌合するための凸部が形成されていてもよい。
これによれば、仕切板に形成される切り欠き部と、仕切部の溝部に形成される凸部とが溝部の内部でさらに嵌合するため、仕切板が溝部に沿って移動しないように規制することができる。
また、前記取り付け部は、さらに、前記仕切板の前記第一方向の一方側において、少なくとも一方の面が当接する位置に設けられる支持部を含んでもよい。
このため、取り付け部は、少なくとも仕切板の第一方向の一方側における、仕切板に交差する方向の一方側にずれることを規制することができる。また、支持部を仕切部の溝部に仕切板を差し込むときのガイドとして利用できるため、仕切板の設置を容易にできる。
また、前記支持部は、前記仕切板の前記第一方向の一方側の一部を嵌合するための溝部が形成されていてもよい。
このため、取り付け部は、仕切板を仕切板に交差する方向の両方にずれることを規制できる。
また、さらに、前記蓄電素子と当接する当接部材を備え、前記仕切板は、前記外装体の前記取り付け部に設置された状態で、その端部が前記当接部材に接してもよい。
これによれば、仕切板は、蓄電素子の第一方向の幅に渡って設けられるため、蓄電素子と導電部材との間の遮熱性を向上させることができる。
本発明における蓄電装置によれば、外装体の設計自由度を高めることができる。
本発明の実施の形態に係る電池モジュールの外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電池モジュールを分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る単位モジュールを分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る単電池を内部を透視して示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る単電池を下方から見た場合の外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るケース本体の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るケース本体に仕切板を取り付けたときの構成を示す斜視図である。 図7に示されるケース本体に仕切板を取り付けるときのVIII−VIII断面図である。 、本発明の実施の形態に係るケース本体の支持部への仕切板の取り付け方を説明するための拡大図である。 本発明の実施の形態に係るケース本体の仕切部への仕切板の取り付け方を説明するための拡大図である。 図6に示されるケース本体に、複数の単電池、仕切板、及び当接部材を配置したときのXI−XI断面図の一部を示す図である。 本発明の実施の形態に係る電池モジュールを備える電池パックの構成を示す斜視図である。 図1の電池モジュールのXIII−XIII断面図において、Y軸方向の中央の仕切板が無い状態の冷却装置による空気の流れを示す図である。 図1の電池モジュールのXIV−XIV断面図において、Y軸方向の中央の仕切板のみを設置した状態での冷却装置による空気の流れを示す図である。 変形例1に係るケース本体の支持部への仕切板の取り付け方を説明するための図である。 変形例2に係るケース本体の支持部への仕切板の取り付け方を説明するための図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電装置としての電池モジュールについて説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(実施の形態)
まず、電池モジュール1の構成について、説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る電池モジュール1の外観を示す斜視図である。また、図2は、本発明の実施の形態に係る電池モジュール1を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
なお、これらの図では、第一方向としてのZ軸方向を上下方向として示しており、以下ではZ軸方向を上下方向として説明するが、使用態様によってはZ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるため、Z軸方向は上下方向となることには限定されない。以下の図においても、同様である。
電池モジュール1は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる蓄電装置である。例えば、電池モジュール1は、電力貯蔵用途や電源用途などに使用される高耐圧の電池モジュールである。
これらの図に示すように、電池モジュール1は、複数の単位モジュール11、12及び13を有するモジュール群10、下側連結部材20、上側連結部材30及び冷却装置40を備えている。なお、電池モジュール1は、1つの単位モジュールしか備えていない構成でもかまわない。
モジュール群10は、第二方向としてのY軸方向に一列に並ぶ複数の単位モジュール11、12及び13を備えている。また、単位モジュール11には、後述する正極外部端子のカバーである正極外部端子カバー11aと、後述する負極外部端子のカバーである負極外部端子カバー11bとが設けられている。電池モジュール1は、この正極外部端子カバー11a内の正極外部端子と、負極外部端子カバー11b内の負極外部端子とを介して、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する。
単位モジュール11、12及び13は、1以上の蓄電素子としての単電池をモジュールケース14に収容した矩形状のモジュールであり、それぞれ同様の構成を有している。また、単位モジュール11、12及び13のうちの隣り合う単位モジュールの正極端子と負極端子とが電気的に接続されることで、単位モジュール11、12及び13内の全ての単電池が直列に接続されている。この単位モジュール11、12及び13の詳細な構成についての説明は、後述する。
下側連結部材20及び上側連結部材30は、複数の単位モジュール11、12及び13を連結する部材であり、下側連結部材20は下側の連結部材、上側連結部材30は、上側の連結部材である。つまり、下側連結部材20と上側連結部材30とで単位モジュール11、12及び13を挟み込むように固定することで、単位モジュール11、12及び13を連結する。
具体的には、下側連結部材20及び上側連結部材30は、平板状の部材であり、例えば金属などの導電性の部材によって形成されている。これにより、単位モジュール11、12及び13を強固に安定して固定することができる。なお、通常、下側連結部材20及び上側連結部材30の表面を絶縁コーティングするのは困難であるため、下側連結部材20及び上側連結部材30は導電性の部材となっている。
また、下側連結部材20には、複数の単位モジュール11、12及び13のそれぞれが有するモジュールケース14が載置される。
冷却装置40は、モジュール群10の内方に冷却媒体を流入させる冷却用のファンである。つまり、冷却装置40は、モジュール群10のX軸マイナス側の端面から冷却媒体である外部の空気を吸い込み、複数の単位モジュール11、12及び13のそれぞれが有するモジュールケース14内方に当該空気を流入させる。そして、冷却装置40は、当該空気を、モジュール群10のX軸プラス側の端面から吐き出すことにより、冷却装置40の背面から排出する。
なお、冷却装置40は、モジュール群10のX軸プラス側の端面から外部の空気を吸い込み、モジュール群10のX軸マイナス側の端面から当該空気を吐き出す構成でもかまわない。また、冷却装置40がモジュール群10内に流入させる冷却媒体は空気には限定されず、冷気などであってもよい。また、本実施の形態では、冷却装置40は、2つのファンを有しているが、冷却装置40が有するファンの個数は限定されない。また、冷却装置40は、モジュール群10内に冷却媒体を流入させるものであれば、ファンでなくともかまわない。
次に、モジュール群10に含まれる単位モジュール11、12及び13の詳細な構成について、説明する。なお、単位モジュール11、12及び13はそれぞれ同様の構成を有するため、以下では単位モジュール11についての説明を行い、単位モジュール12及び13の構成の説明については省略する。
図3は、本発明の実施の形態に係る単位モジュール11を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。
同図に示すように、単位モジュール11は、ケース本体100と蓋体700とからなるモジュールケース14、及び、モジュールケース14に収容される複数の蓄電素子としての単電池200(同図では4つの単電池200)と仕切板140と当接部材300とバスバー430と基板600とを備えている。なお、モジュールケース14内に収容される単電池200は、複数でなくともよく、1つの単電池200しか収容されていない構成でもかまわない。
モジュールケース14は、単位モジュール11の外装体を構成する矩形状(箱状)の容器である。モジュールケース14は、複数の単電池200や基板600などを所定の位置に配置し、複数の単電池200や基板600などを衝撃などから保護する。また、モジュールケース14は、例えばポリカーボネート等の樹脂などの絶縁性の材料により構成されており、単電池200や基板600などが外部の金属部材などに接触することを回避する。
ここで、モジュールケース14は、ケース本体100と蓋体700とを有している。ケース本体100は、モジュールケース14の本体を構成する有底矩形筒状の部材である。蓋体700は、モジュールケース14の蓋を構成する部材であり、ケース本体100の開口を塞ぐ扁平な矩形状の部材である。
具体的には、ケース本体100内方に、複数の単電池200、当接部材300、バスバー430の順に配置され、ケース本体100の開口部が蓋体700で閉止される。このように、重量物である複数の単電池200を最下部に配置することで、単位モジュール11の安定性が向上する。なお、ケース本体100の詳細な構成の説明については、後述する。
仕切板140は、複数の単電池200の間に配置される板状の部材である。仕切板140は、例えばガラス繊維などの基材に樹脂を含浸させたシートが積層されることにより形成される、絶縁性及び断熱性を備えた部材である。なお、仕切板140は、上記の材料に限らずに、絶縁性及び断熱性の少なくとも一方の機能を有する、例えば樹脂などで形成されていてもよい。つまり、仕切板140は、複数の単電池200の間に配置されることにより、複数の単電池200の間の絶縁及び断熱の少なくとも一方を図る部材である。具体的には、仕切板140は、ケース本体100の内方に設けられた取り付け部134(後述参照)に取り付けられる。
当接部材300は、複数の単電池200の上方に配置される扁平な矩形状の部材である。当接部材300は、例えば樹脂などの絶縁性の材料により構成されている。ここで、当接部材300は、複数の単電池200のZ軸プラス方向側と当接する部材である。また、当接部材300は、ケース本体100内での複数の単電池200の位置を規制する機能を有していてもよい。具体的には、当接部材300は、ケース本体100の内方に嵌め込まれ、複数の単電池200を上方から押さえ込むことで、複数の単電池200をケース本体100に固定してもよい。
また、当接部材300には、基板600が載置される。このように、当接部材300は、単電池200をケース本体100に固定する機能を有するとともに、基板600の載置台としても機能する。
バスバー430は、当接部材300の上方に配置される部材である。バスバー430は、金属など導電性の部材であり、複数の単電池200同士を電気的に接続する。具体的には、バスバー430は、隣接する単電池200において、1の単電池200の正極端子または負極端子と、他の単電池200の負極端子または正極端子とを接続する。
また、単位モジュール11には、正極外部端子カバー11a内に配置される正極外部端子410と、負極外部端子カバー11b内に配置される負極外部端子420とが設けられている。正極外部端子410及び負極外部端子420は、電池モジュール1が外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電するための電極端子である。つまり、電池モジュール1は、正極外部端子410及び負極外部端子420を介して、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する。
基板600は、複数の単電池200の状態を取得し、監視し、制御することのできる基板であり、配線440によって複数の単電池200に接続されている。ここで、配線440は、単電池200の正極端子230または負極端子240と基板600とを繋ぐリード線である。なお、同図では、配線440は短く省略して図示している。
具体的には、基板600は、複数の単電池200の充電状態や放電状態(電圧、温度などの電池状態)などを監視するための制御基板である。基板600には、例えば、当該監視を行ったり、リレーのオン、オフを制御したり、他の機器と通信を行ったりするための制御回路(図示せず)が設けられている。
また、基板600は、当接部材300上に配置され、かつ、蓋体700に覆われるように配置されている。つまり、基板600は、当接部材300と蓋体700とで挟まれることで、当接部材300と蓋体700とに保護されるように配置されている。また、このように、上部に電装部品を一体化させることで、電池モジュール1の組立性及びメンテナンス性が向上する。
次に、単電池200の構成について、詳細に説明する。
図4は、本発明の実施の形態に係る単電池200を、内部を透視して示す斜視図である。また、図5は、本発明の実施の形態に係る単電池200を下方から見た場合の外観を示す斜視図である。
単電池200は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。なお、単電池200は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、単電池200の代わりにキャパシタを採用してもよい。
まず図4に示すように、単電池200は、容器210、正極端子230及び負極端子240を備え、容器210は、上壁である容器蓋部220を備えている。また、容器210内方には、電極体250、正極集電体260及び負極集電体270が配置されている。なお、容器210の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。
容器210は、金属からなる矩形筒状で底を備える筐体本体と、当該筐体本体の開口を閉塞する金属製の容器蓋部220とで構成されている。また、容器210は、電極体250等を内部に収容後、容器蓋部220と筐体本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。なお、容器210の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼など溶接可能な金属であるのが好ましい。
また、図5に示すように、容器210は、電池側面210a及び210bの周囲を覆う絶縁性のシート部材211と、電池底面210cを覆う絶縁性のシート部材212とを有している。ここで、電池側面210aは、容器210の長側面であり、電池側面210bは、容器210の短側面であり、電池底面210cは、容器210の底面である。
つまり、シート部材212は、電池底面210cを覆うことで、電池底面210cを保護して傷付きを防止し、絶縁性を確保するための絶縁シートである。また、シート部材211は、電池底面210cを覆うことなく、電池底面210cに隣接する側面である電池側面210a及び210bの周囲を覆うことで、電池側面210a及び210bを保護して傷付きを防止し、絶縁性を確保するための絶縁シートである。
このような構成により、電池底面210cの周囲に位置する、シート部材211とシート部材212との境目に、隙間が生じている。なお、シート部材211及びシート部材212は、絶縁性を有していなくともよく、この場合でも、傷付きを防止するという効果は得られる。
図4に戻り、電極体250は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる発電要素である。具体的には、電極体250は、正極と負極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように巻回されて形成された巻回型の電極体である。なお、電極体250は、平板状極板を積層した積層型の電極体であってもかまわない。
ここで、正極は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる長尺帯状の導電性の正極集電箔の表面に正極活物質層が形成された電極板であり、負極は、銅または銅合金からなる長尺帯状の導電性の負極集電箔の表面に負極活物質層が形成された電極板であり、セパレータは、微多孔性のシートである。なお、単電池200に用いられる正極、負極及びセパレータは、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、単電池200の性能を損なうものでなければ適宜公知の材料を使用できる。また、容器210に封入される電解液(非水電解液)としても、単電池200の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。
正極端子230は、正極集電体260を介して、電極体250の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子240は、負極集電体270を介して、電極体250の負極に電気的に接続された電極端子であり、いずれも容器蓋部220に取り付けられている。つまり、正極端子230及び負極端子240は、電極体250に蓄えられている電気を単電池200の外部空間に導出し、また、電極体250に電気を蓄えるために単電池200の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。
具体的には、電池モジュール1に備えられた複数の単電池200のうち正極外部端子410側に配置された単電池200の正極端子230が正極外部端子410と接続され、当該単電池200の負極端子240は、隣接する単電池200の正極端子230と接続される。また同様に、当該複数の単電池200のうち負極外部端子420側に配置された単電池200の負極端子240が負極外部端子420と接続され、当該単電池200の正極端子230は、隣接する単電池200の負極端子240と接続される。また、その他の単電池200の正極端子230または負極端子240は、隣接する単電池200の負極端子240または正極端子230と接続される。
正極集電体260は、電極体250の正極と容器210の側壁との間に配置され、正極端子230と正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体260は、正極の正極集電箔と同様、アルミニウムで形成されている。また、負極集電体270は、電極体250の負極と容器210の側壁との間に配置され、負極端子240と電極体250の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体270は、負極の負極集電箔と同様、銅で形成されている。
次に、モジュールケース14のケース本体100について、詳細に説明する。
図6は、本発明の実施の形態に係るケース本体100の構成を示す斜視図である。また、図7は、本発明の実施の形態に係るケース本体100に仕切板140を取り付けたときの構成を示す斜視図である。
これらの図に示すように、ケース本体100は、ケース底面部110とケース側面部120と複数の仕切部130とで構成され、上部に開口部が形成された有底矩形筒状の部材である。そして、このケース本体100上部の開口部から、複数の単電池200が挿入され収容される。
本実施の形態では、単電池200は、容器蓋部220が上方(Z軸プラス方向)に向くように、ケース本体100内に収容される。つまり、単電池200の電池底面210cがケース底面部110に対向し、単電池200の電池側面210a、210bがケース側面部120、複数の仕切部130及び複数の仕切板140に対向するように、ケース本体100内に単電池200が収容される。
ケース底面部110は、ケース本体100の底面部であり、矩形状かつ平板状の部位である。ケース側面部120は、ケース底面部110の四方を覆う4つの矩形状かつ平板状の側面部からなる四角筒形状の部位である。つまり、モジュールケース14のケース本体100は、Z軸マイナス方向(第一方向の一方)側の底である第一面としてのケース底面部110と、ケース底面部110からZ軸プラス方向(第一方向の他方)側に延び、かつ、単電池200のZ軸マイナス方向側の一部を仕切る複数の仕切部130とを有する。複数の仕切部130は、ケース本体100内方に配置される複数の単電池200を仕切るための矩形状かつ平板状の部位である。複数の仕切部130のそれぞれは、ケース側面部120の4つの矩形状かつ平板状の側面部のうちでX軸方向に面する一対の側面部の一方から他方まで、連続して繋がっている。つまり、仕切部130は、モジュールケース14の第一面であるケース底面部110に連続して形成されており、かつ、ケース底面部110に交差(直交)する一側面から、ケース底面部110に連続して形成されており、かつ、一側面に対向する他側面まで、連続して繋がっている。また、一対の側面部に複数の開口部150が設けられており、ケース側面部120の4つの矩形状かつ平板状の側面部のうちでY軸方向に面する一対の側面部に複数の開口部151が設けられている。
ケース本体100は、複数の仕切板140をケース本体100に取り付けるための取り付け部134を有する。
取り付け部134は、具体的には、複数の仕切部130である。当該複数の仕切部130のZ軸プラス方向側の端部には、複数の仕切板140のZ軸マイナス方向側の端部142が嵌合するための嵌合部としての溝部131が形成されている。また、複数の仕切部130は、その両側面に矩形状の突出部132が形成されている。突出部132は、単電池200がケース本体100内に収容されたときに単電池200の電池側面210aに当接することにより、単電池200のY軸方向の位置を規制する。また、突出部132は、複数の仕切部130のたわみを防止するという機能も有する。
また、取り付け部134は、さらに、複数の仕切部130のX軸方向の両端からZ軸プラス方向の先のケース側面部120に形成される一対の支持部133を含んでもよい。一対の支持部133は、複数の仕切部130のそれぞれに対応して形成される。一対の支持部133は、複数の仕切板140のZ軸プラス方向側における少なくとも一方の一部である突出部141を嵌合するための溝部133aが形成されている。つまり、複数の仕切板140のそれぞれは、仕切部130に形成された溝部131及び支持部133に形成された溝部133aに嵌合して入り込むことにより、ケース本体100に取り付けられる。なお、支持部133は、X軸方向の両側になくてもよく、片側のみに形成されていてもよい。
図8は、図7に示されるケース本体100に仕切板140を取り付けるときのVIII−VIII断面図である。
図8に示すように、仕切板140は、Z軸プラス方向側において、X軸方向の両側に向かって延びる一対の突出部141を有する。また、仕切板140は、Z軸マイナス方向側において、複数の切り欠き部143及び切り欠き部144を有する。そして、ケース本体100には、仕切板140の一対の突出部141が嵌合するための溝部133aが形成された支持部133と、仕切板140のZ軸マイナス方向側の端部142に挿入される溝部131が形成された仕切部130とが設けられている。また、ケース本体100の仕切部130に形成される溝部131には、溝部131の内部において仕切板140の切り欠き部143とさらに嵌合するための凸部131aが形成されている。
なお、支持部133に形成されている溝部133aは、仕切板140の突出部141のZ軸マイナス方向側の辺を支持する底面133bを有する。つまり、仕切板140が仕切部130の溝部131のみで支持される場合と比較して、仕切板140のZ軸プラス方向側の突出部141でもさらに支持できる。このため、仕切板140のZ軸プラス方向側の端部がZ軸マイナス方向側の端部に近づくようにたわむことを防ぐことができる。
図9は、本発明の実施の形態に係るケース本体100の支持部133への仕切板140の取り付け方を説明するための拡大図である。また、図10は、本発明の実施の形態に係るケース本体100の仕切部130への仕切板140の取り付け方を説明するための拡大図である。
図9の(a)は、仕切板140が支持部133の溝部133aに挿入される前の状態を説明するための図であり、図9の(b)は、仕切板140が支持部133の溝部133aに挿入された後の状態を説明するための図である。図9の(a)に示すように、仕切板140は、突出部141がケース本体100のケース側面部120に設けられた支持部133の溝部133aにスライドして挿入される。そして、図9の(b)に示すように、仕切板140の突出部141のZ軸マイナス方向側の辺が溝部133aの底面133bに当接した状態で、仕切板140と支持部133の溝部133aとが嵌合する。
図10の(a)は、仕切板140が仕切部130の溝部131に挿入される前の状態を説明するための図であり、図10の(b)は、仕切板140が仕切部130の溝部131に挿入された後の状態を説明するための図である。図10の(a)に示すように、仕切板140は、Z軸マイナス方向側の端部142がケース本体100の仕切部130の溝部131にスライドして挿入される。そして、図10の(b)に示すように、仕切板140の端部142が溝部131の底面に当接した状態で、仕切板140と仕切部130の溝部131とが嵌合する。
このようにして、仕切板140は、ケース本体100に設けられた取り付け部134としての仕切部130及び支持部133に形成された溝部131、133aに嵌合することにより、ケース本体100に取り付けられる。つまり、仕切板140は、ケース本体100の取り付け部134に着脱自在に設置される。
図11は、図6に示されるケース本体100に、複数の単電池200、仕切板140、及び当接部材300を配置したときのXI−XI断面図の一部を示す図である。
図11に示すように、当接部材300は、複数の単電池200の間に配置され、Z軸マイナス方向側に延びる仕切部310を有する。当接部材300に形成される仕切部310は、ケース本体100に形成される仕切部130の突出部132と同様に、その両側面に矩形状の突出部311が形成されている。突出部311は、単電池200の電池側面210aに当接することにより、単電池200のY軸方向の位置を規制する。また、突出部311は、複数の仕切部310のたわみを防止するという機能も有する。
仕切板140は、ケース本体100の取り付け部134に設置された状態で、Z軸プラス方向側の端部が当接部材300の仕切部310のZ軸マイナス方向側の端部付近まで延びている。なお、仕切板140は、Z軸プラス方向側の端部が当接部材300の仕切部310のZ軸マイナス方向側の端部に当接する構成であってもよい。このように、仕切板140は、複数の単電池200の間において、Z軸方向の幅に渡って設けられるため、複数の単電池200の間の絶縁性及び断熱性を確実に向上させることができる。また、当接部材300を仕切板140に当接させることで、仕切板140を固定しやすくでき、仕切板140が振動することを防止できる。
次に、電池モジュール1の活用例について説明する。図12は、本発明の実施の形態に係る電池モジュール1を備える電池パック2の構成を示す斜視図である。
同図に示すように、電池パック2は、電池モジュール1が複数個(例えば10個〜40個)配列された大型の電源装置であり、電力貯蔵用途や大型の電源用途などに使用される。電池パック2は、当該複数の電池モジュール1と、当該複数の電池モジュール1を収容するパックケース2aとを備えている。
そして、当該複数の電池モジュール1のうちの隣り合う電池モジュール1の正極外部端子410と負極外部端子420とが電気的に接続されることで、高電圧の電池パック2を構成している。なお、電池パック2に備えられる電池モジュール1の個数は、特に限定されない。
(特徴)
以上のように、本発明の実施の形態に係る電池モジュール1によれば、モジュールケース14のケース本体100には、複数の単電池200の間に複数の仕切板140を取り付けるための複数の取り付け部134が設けられているため、選択的に仕切板140をケース本体100に取り付けることができる。モジュールケース14は、仕切板140が設置されることで複数の単電池200から発生した熱を各単電池200の周囲(特に隣接する単電池)に伝えにくい構造になる。また、仕切板140は絶縁性を有する部材であるため、単電池200からの熱の遮断とともに、単電池200の絶縁性も向上させることができる。このため、単電池200からの熱を遮断すること及び単電池200の絶縁性の必要性に応じて、モジュールケース14のケース本体100への仕切板140の設置または非設置を選択できる。このように、設計思想に応じて、モジュールケース14の構造を自由に変更することができる。
また、モジュールケース14のケース本体100の複数組の一対の取り付け部134に複数の仕切板140が着脱自在に設けられるため、絶縁性または断熱性の必要性に応じて、仕切板140を取り外すことができる。これにより、モジュールケース14の設計自由度を高めることができる。
図13は、図1の電池モジュール1のXIII−XIII断面図において、Y軸方向の中央の仕切板が無い状態の冷却装置40による空気の流れを示す図である。
図13に示すように、冷却装置40は、X軸方向に沿った空気の流れを発生させる。また、各単位モジュール11、12、13のケース本体100のケース側面部120のX軸方向に面する一対の側面部のそれぞれには、冷却装置40から発生された空気を流通させるための複数の開口部150が設けられている。また、ケース本体100の側面部120のY軸方向に面する一対の側面部のそれぞれにも、複数の開口部151が設けられている。つまり、ケース本体100には、仕切部130が形成されているケース底面部110とは異なる面であるケース側面部120に開口部150、151が形成されている。このように、仕切部130の周囲ではなく、仕切部130が形成されているケース底面部110とは異なるケース側面部120に開口部150、151が形成されているため、仕切部130の強度を確保できる。
さらに、開口部150、151のうちのX軸方向に面する一対の側面に設けられる複数の開口部150は、X軸方向に面する一対の側面部のうちの一方に設けられる複数の開口部150と、他方に設けられる複数の開口部150とが、それぞれ対向する位置に形成されている。そして、これらの複数の開口部150は、複数の仕切板140を取り付けるための取り付け部134の位置に対応して設けられている。つまり、冷却装置40から発生されたX軸方向に沿って流れる空気の流れは、複数の単電池200の間を通過する。ここで、複数の仕切板140をケース本体100の取り付け部134に取り付けた場合、複数の単電池200の間の空間が狭くなるため、当該空間を流路とするときの圧力損失が複数の仕切板140を設けない場合よりも大きくなる。つまり、複数の単電池200の間の空間において、仕切板140が設けられていない空間の方が、仕切板140が設けられている空間よりも空気が流れやすい。このように、ケース側面部120のうちの、特にX軸方向に面する一対の側面部に複数の開口部150が設けられているため、単電池200を冷却する場合、当該複数の開口部150を通じて冷却媒体(本実施の形態では空気)を流通させることができる構造である。つまり、仕切部130が形成されている面とは異なる面に複数の開口部150が形成されているため、仕切部および開口部が同一の面に形成されている場合よりも、開口部を仕切部により遮らない。このため、開口部を大きく取ることができ、特に仕切板を仕切部に取り付けない場合に、冷却性能を顕著に向上させることができる。なお、本実施の形態では、ケース側面部120に複数の開口部150、151が設けられているが、複数に限らずに1つの開口部が設けられていても効果はある。
他方、電池モジュール1では、中央に配置される単電池200ほど外部との熱交換が行われにくいため、高温になりやすい。つまり、各単位モジュール11、12、13においては、Y軸方向の中央に配置される2つの単電池200が高温になりやすい。このように、一部の単電池200がその他の単電池200よりも高温になれば、例えば、単電池の寿命に差を生じさせたり、蓄電容量に差を生じさせたりするため好ましくない。ここで、本発明の実施の形態に係る電池モジュール1では、仕切板140を取り付け部134に対して着脱自在であるため、Y軸方向の中央の仕切板140のみを撤去することができる。このため、例えば、図13に示すように、Y軸方向の中央の取り付け部134に対して仕切板140を取り付けない構成とすれば、Y軸方向の中央に配置される2つの単電池の間に多くの空気が流通でき、当該2つの単電池を効率よく冷却することができる。これにより、複数の単電池200に温度差が生じることを低減でき、単電池の寿命に差を生じさせたり、蓄電容量に差を生じさせたりすることを低減できる。
また、異なる観点で図14に示す構成とすることもできる。
図14は、図1の電池モジュール1のXIV−XIV断面図において、Y軸方向の中央の仕切板140のみを設置した状態での冷却装置40による空気の流れを示す図である。
上述したように、各単位モジュール11、12、13においては、Y軸方向の中央に配置される2つの単電池200が高温になりやすい。このため、Y軸方向の中央のみに断熱性の高い仕切板140を配置することにより、これらの2つの単電池200間での熱交換が行われることを低減できる。これにより、高温になりやすいY軸方向の中央に配置される2つの単電池200間の熱交換による影響を低減させることができる。
上記のように、本発明の実施の形態に係る電池モジュール1によれば、モジュールケース14の設計自由度を高めることができるため、設計思想に応じた構成に変更することが容易にできる。
なお、上記の図13および図14のように、仕切板140がモジュールケース14から撤去されており、複数の単電池200の間に仕切板140が設けられていない箇所においては、当該複数の単電池200の間に空間が形成されることになるため、当該複数の単電池200間の絶縁性および断熱性は確保されている。つまり、仕切板140を設けることにより、複数の単電池200間の絶縁性及び断熱性をさらに向上させることができる。このため、本発明の実施の形態に係る電池モジュールによれば、設計思想に応じて、さらに絶縁性及び断熱性を向上させたい箇所について選択的に仕切板140を増設させることが容易にできる。
また、モジュールケース14のケース本体100は、単電池200のZ軸マイナス方向側の一部を仕切るように形成される複数の仕切部130を有するため、複数の単電池200を所定の位置に配置することが容易になる。つまり、複数の仕切部130により複数の単電池200のケース本体100への位置決めを容易にできる。
また、モジュールケース14のケース本体100には、仕切部130のZ軸プラス方向側の端部に仕切板140のZ軸マイナス方向の端部142が嵌合する嵌合部としての溝部131が形成されているため、仕切板140を仕切部130の溝部131に差し込んで嵌合させることのみで、容易に仕切板140をケース本体100に取り付けることができる。
また、仕切板140に形成される切り欠き部143と、仕切部130の溝部131に形成される凸部131aとが溝部131の内部でさらに嵌合するため、仕切板140が溝部131に沿って移動しないように規制することができる。
また、支持部133は、仕切板140のZ軸プラス方向側の一部である突出部141を嵌合するための溝部133aが形成されているため、取り付け部134は、仕切板140を仕切板140に交差する方向であるY軸方向の両側にずれることを規制できる。
(変形例1)
上記実施の形態に係る電池モジュール1では、仕切板140の突出部141のZ軸マイナス方向側の辺が支持部133の溝部133aの底面133bに当接する構成であるが、これに限らない。例えば、図15に示すような、ケース本体100A及び仕切板140Aとしてもよい。
図15は、変形例1に係るケース本体100Aの支持部133Aへの仕切板140Aの取り付け方を説明するための図である。なお、図15のケース本体100Aには、ケース本体100と同様の溝部131を有する仕切部130が形成されているものとする。図15に示すように、仕切板140Aは、上記実施の形態に係る仕切板140とは異なり、突出部141が形成されておらず、かつ、X軸方向の幅がZ軸方向の位置によらず一定である形状としてもよい。つまり、仕切板140Aは、当該X軸方向の幅が上記実施の形態に係る仕切板140の突出部141におけるX軸方向の幅と同じ幅で一定としてもよい。また、ケース本体100Aには、仕切板140AのX軸方向の端部と嵌合するための溝部133Aaが形成されている支持部133Aが設けられている。つまり、仕切板140Aは、支持部133Aに形成されている溝部133Aaに嵌合した状態で、スライドできる構成となっており、支持部133Aの溝部133Aaは、仕切板140Aのガイドとして機能する。
(変形例2)
また、例えば、図16に示すような、ケース本体100Bとしてもよい。
図16は、変形例2に係るケース本体100Bの支持部133Bへの仕切板140、140Aの取り付け方を説明するための図である。なお、図16の(a)は、仕切板140の場合を説明するための図であり、図16の(b)は、仕切板140Aの場合を説明するための図である。また、図16のケース本体100Bには、ケース本体100と同様の溝部131を有する仕切部130が形成されているものとする。図16に示すように、ケース本体100Bに形成されている支持部133Bには、ケース本体100、100Aに形成されている支持部133、133Aとは異なり溝部133a、133Aaが形成されていない。このように、支持部を、溝部が形成されていない、ケース側面部120からX軸方向の内側に突出した支持部133Bとしてもよい。具体的には、図16の(a)に示すように、仕切板140の場合には、仕切板140の突出部141の一方の面が当接する位置に支持部133Bが設けられる。また、図16の(b)に示すように、仕切板140Aの場合には、仕切板140AのX軸方向の端部の一方の面が当接する位置に支持部133Bが設けられる。つまり、仕切板140、140AのZ軸プラス方向側において、少なくとも一方の面が当接する位置に設けられる支持部であれば、仕切板140、140Aが嵌合する溝部が設けられていない支持部133Bであってもよい。このように、支持部133Bは、少なくとも仕切板140、140AのZ軸プラス方向側における、仕切板140、140Aに交差する方向であるY軸方向の少なくとも一方側にずれることを規制できる。また、支持部133Bを、仕切部130の溝部131に仕切板140、140Aを差し込むときのガイドとして利用できるため、仕切板140、140Aの設置を容易にできる。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る電池モジュールについて説明したが、本発明は、上記実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、上記実施の形態及び上記変形例を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
例えば、上記実施の形態及びその変形例では、電池モジュールは、冷却装置40を備えていることとしたが、電池モジュールは、冷却装置40を備えていない構成でもかまわない。また、電池モジュールは、下側連結部材20及び上側連結部材30を備えていることとしたが、電池モジュールは、下側連結部材20または上側連結部材30を備えていない構成でもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、下側連結部材20及び上側連結部材30は、導電性の部材によって形成されていることとしたが、下側連結部材20及び上側連結部材30は、樹脂など絶縁性の部材によって形成されていてもよい。この場合、モジュールケースのケース底面部の電池底面に対応する領域に貫通孔が形成されている構成でもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、単電池は、側面及び底面を覆うシート部材を有していることとしたが、当該単電池は、当該シート部材を有していない構成でもかまわない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、モジュールケース14の内部に複数の単電池200が収容される構成としたが、1つの単電池が収容されるモジュールケースも含まれる。なお、この場合のモジュールケースは、単電池の側方に仕切板を取り付けるための取り付け部が形成されることになる。つまり、単電池の側方に仕切板を取り付けるための取り付け部が形成されていれば、単電池の所定の側に単電池から発生した熱をより伝えにくい構造に変更でき、また、単電池の所定の側の絶縁性を確保できるため、有用である。
また、上記実施の形態及びその変形例では、仕切板140は、絶縁性及び断熱性を有する部材であるとしたが、必ずしも絶縁性及び断熱性を有していなくてもよく、仕切板が設置できる構成であれば少なくとも単電池から発生した熱を遮断できる構成とできるため有用である。
また、上記実施の形態及びその変形例では、ケース本体100、100A、100Bの仕切部130に仕切板140、140AのZ軸マイナス方向側の端部142が嵌合するための溝部131が形成されているが、当該溝部は仕切部130に形成されていることに限らない。つまり、ケース本体には、仕切部が形成されていなくてもよく、この場合には、例えばケース本体のZ軸マイナス方向側のケース底面部に仕切板140、140AのZ軸マイナス方向側の端部142が嵌合するための溝部が形成されていてもよい。
また、ケース本体100、100A、100Bの仕切部130に溝部131が形成されていなくてもよい。この場合には、仕切板のZ軸マイナス方向側の端部の形状を、仕切部のZ軸プラス方向側の端部にまたがって嵌合するような形状とすることで、仕切部を仕切板が嵌合するための嵌合部としてもよい。つまり、仕切板には、仕切板のZ軸マイナス方向側の端部の厚みが、仕切部のZ軸プラス方向側の端部の厚みよりも大きく、かつ、仕切板のZ軸マイナス方向側の端部に仕切部のZ軸プラス方向側の端部の形状に対応した溝部が形成されることになる。
また、仕切板のX軸方向両端の形状を、変形例(2)のケース本体100Bの支持部133Bにまたがって嵌合する形状としてもよい。この場合の仕切板は、仕切板140のようにX軸方向の両端に突出部が形成される場合には、突出部の厚みを支持部133Bの厚みよりも大きく、かつ、支持部133Bの形状に対応した溝部を突出部のZ軸方向に渡って形成したものとしてもよい。また、仕切板は、仕切板140Aのように突出部が形成されておらず、かつ、X軸方向の幅がZ軸方向の位置によらず一定である形状とする場合には、X軸方向の両端のZ軸方向に沿った辺において、支持部133Bの厚みよりも大きく、かつ、支持部133BがZ軸方向に沿ってスライドすることが可能な溝部を形成したものとしてもよい。
また、上記実施の形態及びその変形例では、ケース本体100、100A、100Bに対して、仕切板140、140Aが着脱自在に設置できる構成であるが、着脱自在であることに限らない。つまり、電池モジュールを組立てるときに、ケース本体100、100A、100Bに仕切板140、140Aを設置するか否かを選択できる構成であればよいので、一旦設置した仕切板140、140Aを取り外すことができない構成であってもよい。要するに、仕切板140、140AのZ軸マイナス方向側の端部を嵌合するための溝部がケース本体に設けられていなくてもよく、仕切板140、140Aを例えば接着剤などで固定することが容易な支持部などの取り付け部がケース本体のケース底面部またはケース側面部に形成されていればよい。なお、「仕切板140、140Aを固定することが容易な支持部」とは、仕切板のZ軸方向及びX軸方向の少なくとも一方に沿って2点以上の位置で支持できる支持部であることが好ましい。
また、上記実施の形態及びその変形例では、仕切板140、140AのZ軸マイナス方向側の端部142に切り欠き部143が形成されているが切り欠き部143は形成されていなくてもよい。この場合、ケース本体100、100A、100Bの仕切部130の溝部131に凸部131aは形成されない。
本発明は、1以上の単電池をモジュールケースに収容した電池モジュールや、複数の電池モジュールをパックケースに収容した電池パック等に適用できる。
1 電池モジュール
2 電池パック
2a パックケース
10 モジュール群
11、12、13 単位モジュール
11a 正極外部端子カバー
11b 負極外部端子カバー
14 モジュールケース
20 下側連結部材
30 上側連結部材
40 冷却装置
100、100A、100B ケース本体
110 ケース底面部
120 ケース側面部
130 仕切部
131 溝部
131a 凸部
132 突出部
133、133A、133B 支持部
133a、133Aa 溝部
133b 底面
134 取り付け部
140、140A 仕切板
141 突出部
142 端部
143、144 切り欠き部
150、151 開口部
200 単電池
210 容器
210a、210b 電池側面
210c 電池底面
211、212 シート部材
220 容器蓋部
230 正極端子
240 負極端子
250 電極体
260 正極集電体
270 負極集電体
300 当接部材
310 仕切部
311 突出部
410 正極外部端子
420 負極外部端子
430 バスバー
440 配線
600 基板
700 蓋体

Claims (12)

  1. 1以上の蓄電素子と、前記1以上の蓄電素子を収容する外装体を備える蓄電装置であって、
    前記外装体は、前記蓄電素子の側方に仕切板を取り付けるための取り付け部を有する
    蓄電装置。
  2. 前記外装体は、
    第一方向の一方側の底である第一面と、
    前記第一面から前記第一方向の他方側に延び、かつ、前記蓄電素子の前記第一方向の一方側の一部の側方に設けられる仕切部と、を有し、
    前記仕切板は、前記仕切部を前記第一方向の他方側に延長する位置に配置される
    請求項1に記載の蓄電装置。
  3. 前記仕切部は、
    前記外装体の前記第一面に連続して形成されており、かつ、前記第一面に交差する一側面から、
    前記第一面に連続して形成されており、かつ、前記一側面に対向する他側面まで、
    連続して繋がっている
    請求項2に記載の蓄電装置。
  4. 前記取り付け部は、前記仕切部であり、
    前記仕切部の前記第一方向の他方側の端部には、前記仕切板の前記第一方向の一方側の端部とが嵌合するための嵌合部が形成されている
    請求項2または3に記載の蓄電装置。
  5. 前記外装体は、仕切部が形成されている前記第一面とは異なる面に開口部が形成されている
    請求項2から4のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  6. さらに、
    前記外装体の前記取り付け部に着脱自在に設置される前記仕切板を備える
    請求項1から5のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  7. 前記仕切板は、絶縁性を有する部材である
    請求項1から6のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  8. 前記蓄電装置は、第二方向に並ぶ複数の前記蓄電素子を備え、
    前記取り付け部は、前記複数の蓄電素子の間に前記仕切板を取り付け可能な位置に形成されている
    請求項1から7のいずれか1項に記載の蓄電装置。
  9. 前記仕切板は、前記第一方向の一方側に切り欠き部が形成されており、
    前記外装体の前記仕切部に形成される前記溝部の内部には、前記切り欠き部とさらに嵌合するための凸部が形成されている
    請求項8に記載の蓄電装置。
  10. 前記取り付け部は、さらに、前記仕切板の前記第一方向の一方側において、少なくとも一方の面が当接する位置に設けられる支持部を含む
    請求項8または9に記載の蓄電装置。
  11. 前記支持部は、前記仕切板の前記第一方向の一方側の一部を嵌合するための溝部が形成されている
    請求項8に記載の蓄電装置。
  12. さらに、
    前記蓄電素子と当接する当接部材を備え、
    前記仕切板は、前記外装体の前記取り付け部に設置された状態で、その端部が前記当接部材に接する
    請求項1から11のいずれか1項に記載の蓄電装置。
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