JP2015022817A

JP2015022817A - 平形二次電池用拘束装置

Info

Publication number: JP2015022817A
Application number: JP2013147898A
Authority: JP
Inventors: 寺西　浩; Hiroshi Teranishi; 浩寺西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-02-02

Abstract

【課題】電池モジュールを構成する個々の平形二次電池にかかる負荷を面方向にわたって均一化できる平形二次電池用拘束装置を提供する。【解決手段】本発明では、面方向に積層された複数の平形二次電池（５）を拘束する平形二次電池用拘束装置（１０）を提供する。この本発明の平形二次電池用拘束装置（１０）は、積層された複数の平形二次電池（５）を載置するためのフレーム（１）、隣接する平形二次電池の間を仕切る板状スペーサー（２）、積層された複数の平形二次電池（５）を積層方向に押圧する押圧プレート（３）、及び押圧プレート（３）に押圧を提供する押圧部材（４）を具備し、板状スペーサー（２）が板状シリコーンゴム製緩衝部材を有し、かつ押圧が定圧プレスである。【選択図】図１

Description

本発明は、平形二次電池を拘束するための装置、例えばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の平形二次電池を拘束するための装置に関する。

例えば電気自動車のような多量の電池を用いる機器では、通常、多数の平形二次電池を積層状に配列してなる電池モジュールを用いている。このような、電池モジュールでは、配列した単電池群にある程度の荷重が加わっている拘束状態が維持されるようにして組み立てる（特許文献１及び２）。

このような拘束状態が維持されると、使用時に平形二次電池ががたつくことを防止することができ、平形二次電池内部の接触抵抗を低く抑えることができ、また電池モジュールの機械特性が安定し、結果として電池性能が向上する（特許文献１）。また、このような拘束状態を維持する際に、金属板を介して平形二次電池を加圧すると、電池モジュールの膨張を抑制するとともに、電池モジュールを冷却することができる（特許文献２）。

なお、このような拘束状態の維持は、多数の平形二次電池が積層状に配列されている電池モジュールの使用時だけでなく、平形二次電池の各製造工程、例えば充電工程、検査工程及び保管工程においても行われている（特許文献３）。

特開２０１３−５５０１７号公報特開２００５−３３９９２５号公報特開２０１１−２１０６８８号公報

上記のように、多数の平形二次電池を積層状に配列してなる電池モジュールでは、配列した個々の平形二次電池群にある程度の荷重が加わっている拘束状態を維持することが行われている。

このような拘束状態の維持は、電池性能の向上等に関して好ましいものの、個々の平形二次電池にかかる負荷が面方向にわたって不均一になると、電池の内部にかかる負荷が局所的に不均一になり、結果として電池の拘束による好ましい効果が得られない場合がある。このような問題は、液体系平形二次電池でよりも、近年盛んに研究が行われている固体系平形二次電池において特に顕著である。

したがって、本発明では、電池モジュールを構成する個々の平形二次電池にかかる負荷を面方向にわたって均一化できる平形二次電池用拘束装置を提供する。

上記の課題を解決する本発明の平形二次電池用拘束装置は、面方向に積層された複数の平形二次電池を拘束する平形二次電池用拘束装置である。ここで、この平形二次電池用拘束装置は、積層された複数の平形二次電池を載置するためのフレーム、隣接する平形二次電池の間を仕切る板状スペーサー、積層された複数の平形二次電池を積層方向に押圧する押圧プレート、及び押圧プレートに押圧を提供する押圧部材を具備し、かつ板状スペーサーが、板状シリコーンゴム製緩衝部材を有する。

本発明の平形二次電池用拘束装置によれば、電池モジュールを構成する個々の平形二次電池にかかる負荷を面方向にわたって均一化し、それによって単電池の拘束による好ましい効果を促進できる。

図１は、本発明の平形二次電池拘束装置の概要を示す図である。図２は、実施例及び比較例において用いた評価装置の概要を示す図である。図３は、定寸プレスを用いた実施例及び比較例において得られた評価結果を示す。なお、横軸は、平形二次電池の主平面の中心部から端部に向かう位置を示しており、縦軸は、荷重負荷の大きさを示している。図４は、定圧プレスを用いた実施例及び比較例において得られた評価結果を示す。なお、横軸は、平形二次電池の主平面の中心部から端部に向かう位置を示しており、縦軸は、荷重負荷の大きさを示している。図５は、実施例及び比較例において用いた平形二次電池の主平面における中心部及び端部の位置の概要を示す図である。

本発明の平形二次電池用拘束装置は、図１に示すように、面方向に積層された複数の平形二次電池（５）を拘束する平形二次電池用拘束装置（１０）である。ここで、この本発明の平形二次電池用拘束装置（１０）は、積層された複数の平形二次電池を載置するためのフレーム（１）、隣接する平形二次電池の間を仕切る板状スペーサー（２）、積層された複数の平形二次電池を積層方向に押圧する押圧プレート（３）、及び押圧プレートに押圧を提供する押圧部材（４）を具備している。

本発明の装置のフレーム（１）は、複数の平形二次電池を面方向に積層した状態で収納できる任意のフレームであってよい。このようなフレームとしては、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属製のフレーム、ポリマー材料製のフレーム等を挙げることができる。

本発明の装置の板状スペーサー（２）は、フレーム（１）内に収納されている複数の平形二次電池の間に配置されることによって、これらの平形二次電池の間を仕切ることができるスペーサーである。

このような板状スペーサー（２）は、板状シリコーンゴム緩衝部材を有する。具体的には、このような板状スペーサー（２）は、板状シリコーンゴム緩衝部材のみからなっていても、板状シリコーンゴム緩衝部材及び他の板状スペーサー部材との積層体であってもよい。他の板状スペーサー部材としては、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属製の板状スペーサー、ポリマー材料製の板状スペーサー等を挙げることができる。

本発明の装置の押圧プレート（３）は、積層された複数の平形二次電池を積層方向に押圧することができる任意のプレートであってよい。このような押圧プレートとしては、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属製のプレート、ポリマー材料製のプレート等を挙げることができる。

本発明の装置の押圧部材（４）は、押圧プレートに定圧プレスで押圧を提供できる任意の押圧部材であってよい。なお、本発明に関して「定圧プレス」は、押圧部材によって押圧を加えた後で、平形二次電池、板状スペーサー部材等が押圧によって経時的に変形したときに、この変形に断続的又は連続的に追従して、押圧プレートに対する押圧の低下を抑制できる押圧様式を意味している。

このような定圧プレス可能な押圧部材としては例えば、ねじ、固定ピン等の固定部材と、ゴム、バネ等の弾性部材との組合せを挙げることができる。具体的には、この場合、固定部材によってフレームに対する押圧部材のおおまかな位置を固定し、そして弾性部材の弾性を用いて変形に連続的に追従する押圧を提供することができる。また、このような定圧プレス可能な押圧部材としては例えば、モーターを有する押し圧部材を挙げることができ、この場合には、モーターによって押し圧部材を移動させて、変形に断続的又は連続的に追従する押圧を提供することができる。

本発明の平形二次電池用拘束装置の各構成要素については特許文献１〜３の記載を参照することができ、特に定圧プレス可能な押圧部材に関しては、特許文献３の記載を特に参照することができる。

以下の実施例及び比較例では、平形二次電池の拘束装置に加える押圧の種類、及びスペーサーの緩衝部材の種類が、平形二次電池にかかる負荷の面方向分布に与える影響について評価した。

評価した押圧及び緩衝部材の種類は、下記のとおりであった。
押圧の種類：定圧プレス（実施例）、定寸プレス（比較例）
緩衝部材の種類：シリコーンゴム（実施例）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＴ）（比較例）、ウレタンゴム（比較例）、天然ゴム（比較例）

図２に示すようにして、押圧プレート（３ａ）、板状スペーサー（２ａ）、感圧紙（９ａ）、平形二次電池（５）、感圧紙（９ｂ）、板状スペーサー（２ｂ）、及び土台プレート（３ｂ）を順に積層し、押圧部材（４）を用いて押圧プレート（３ａ）に対して押圧を加えた。

具体的な測定方法は下記のとおりであった。

１．定寸プレス（比較例）
所定の押圧になるようにして、押圧部材（４）を用いて押圧プレート（３ａ）に対して押圧を加えた。時間経過と共に、平形二次電池及び板状スペーサー等の微小な変形によって押圧が低下した。所定の時間経過後に押圧を除去し、感圧紙を取り出した。分析ソフトを用いて、取り出した感圧紙から負荷荷重を評価した。

２．定圧プレス（実施例）
所定の押圧になるようにして、押圧部材（４）を用いて押圧プレート（３ａ）に対して押圧を加えた。時間経過と共に、平形二次電池及び板状スペーサー等の微小な変形によって押圧が低下するので、所定の押圧になるようにして定期的に押圧を加え直した。これを所定の回数にわたって繰り返した後、押圧を除去し、感圧紙を取り出した。分析ソフトを用いて、取り出した感圧紙から平形二次電池の面方向にわたる負荷荷重の分布を評価した。

取り出した感圧紙から得られた負荷荷重の面方向分布を図３及び４に示す。なお、これらの図３及び４では、図５で示すように、平形二次電池の主平面の中心部（５ｃ）から端部（５ｄ）に向かう荷重負荷の分布を示している。

図３から理解されるように、定寸プレスの場合には、使用した緩衝部材の種類にかかわらず、位置による荷重負荷の差は比較的大きく、特に端部においては実質的に荷重負荷がかからず、他方で中心部に対しては非常に大きい荷重負荷がかかっていることが理解される。また、この図３からは、緩衝部材としてシリコーンゴム及びエチレンプロピレンゴム（ＥＰＴ）を用いたときには特に、位置による荷重負荷の差が大きくなっていることが理解される。

これに対して、図４から理解されるように、定圧プレスの場合には、シリコーンゴム及び天然ゴムのいずれの場合にも、位置による荷重負荷の差が比較的小さく、緩衝部材としてシリコーンゴムを用いた場合には、この差が特に小さくなっていることが理解される。定寸プレスとシリコーンゴムの組合せでは位置による荷重負荷の差が比較的大きいことを考慮すると、このように定圧プレスとシリコーンゴムの組合せによってこの差が特に小さくなっていることは非常に予想外である。

１フレーム
２板状スペーサー
３押圧プレート
４押圧部材
５平形二次電池
１０平形二次電池用拘束装置

Claims

面方向に積層された複数の平形二次電池を拘束する平形二次電池用拘束装置であって、
積層された複数の前記平形二次電池を載置するためのフレーム、
隣接する前記平形二次電池の間を仕切る板状スペーサー、
積層された複数の前記平形二次電池を積層方向に押圧する押圧プレート、及び
前記押圧プレートに押圧を提供する押圧部材、
を具備し、前記板状スペーサーが板状シリコーンゴム製緩衝部材を有し、かつ前記押圧が定圧プレスである、平形二次電池の拘束装置。