JP2015022909A - 二次電池パック及びこれを備えた移動体、並びに二次電池の固定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】二次電池パック100は、開閉可能な蓋体106を有する外装ケース101と、この外装ケース101に収容される複数の単セルBとを備え、蓋体106には、外装ケース101の内部側へ突出し、かつ単セルBの外面を押さえ付けることによって当該単セルBを外装ケース101に固定する固定具110が設けられている。
【選択図】図5
Description
前記蓋体には、前記外装ケースの内部側へ突出し、かつ前記単セルの外面を押さえ付けることによって当該単セルを固定する固定具が設けられたものである。
前記蓋体から前記外装ケースの内部側へ突出する固定具によって前記単セルの外面を押さえ付けて当該単セルを前記外装ケースに固定するものである。
最初に本発明の実施形態の要旨を列記して説明する。なお、以下に記載する各実施形態は、その一部を任意に組み合わせることも可能である。
(1) 本発明の二次電池パックは、開閉可能な蓋体を有する外装ケースと、この外装ケースに収容される複数の単セルとを備え、
前記蓋体には、前記外装ケースの内部側へ突出し、かつ前記単セルの外面を押さえ付けることによって当該単セルを前記外装ケースに固定する固定具が設けられている。
この構成によれば、単セル側の状態、例えば、電極端子や電気配線の位置等に応じて適切に固定具の位置を調整することができる。
このような構成によって、一つの固定具によって複数の単セルを固定することができ、固定具の数を少なくして構造の簡素化や製造コストの低減を図ることができる。
このような構成によって、電極の端子が突出している単セルの外面を固定具で押さえ付けることができる。
このような構成によって、充電時等に単セルの外面が膨出した場合であっても、単セル間の隙間によって吸収することができ、これらの単セルを収容する外装ケースの変形を防止することができる。
このような構成によって、固定具をスペーサとしても機能させることができ、当該スペーサを設けることによる部品点数の増大を抑制することができる。
このような構成によって、移動体の移動に伴う振動で単セルが外装ケース内で動くのを抑制することができる。
前記蓋体から前記外装ケースの内部側へ突出する固定具によって前記単セルの外面を押さえ付けて当該単セルを前記外装ケースに固定するものである。
次に、本発明の実施形態に係る二次電池パックに使用する溶融塩電池について説明する。
[溶融塩電池の基本構造]
図1は、溶融塩電池における発電要素の基本構造を原理的に示す略図である。図において、発電要素は、正極1、負極2及びそれらの間に介在するセパレータ3を備えている。正極1は、正極集電体1aと、正極材1bとによって構成されている。負極2は、負極集電体2aと、負極材2bとによって構成されている。
一方、負極2においては、アルミニウム製の負極集電体2a上に、負極活物質としての例えば錫を含むSn−Na合金が、メッキにより形成される。
例えば、溶融塩としては、上記の他、NaFSAと、LiFSA、KFSA、RbFSA又はCsFSAとの混合物も好適である。また、有機カチオン等よりなる他の塩を混合する場合もあり、一般には、溶融塩は、(a)NaFSAを含む混合物、(b)NaTFSA(ナトリウム・ビストリフルオロメチルスルフォニルアミド)を含む混合物、(c)NaFTA(ナトリウム・フルオロスルフォニル−トリフルオロメチルスルフォニルアミド)を含む混合物、が適する。また、(a)〜(c)のうち2以上を混合することも可能である。これらの場合、各混合物の溶融塩は、比較的低融点となるので、少ない加熱で高濃度のイオンが溶解した状態を実現し、溶融塩電池を作動させることができる。
次に、より具体的な溶融塩電池の発電要素の構成について説明する。図2は、溶融塩電池本体(電池としての本体部分)10の積層構造を簡略に示す斜視図、図3は同様の構造についての横断面図である。
図2及び図3において、複数(図示しているのは6個)の矩形平板状の負極2と、袋状のセパレータ3に各々収容された複数(図示しているのは5個)の矩形平板状の正極1とが、互いに対向して図3における上下方向すなわち積層方向に重ね合わせられ、積層構造を成している。
上記のように構成された溶融塩電池本体10は、例えばアルミニウム合金製で直方体形状の電池容器に収容されることによって、溶融塩電池としての物理的な一個体を成す「単セル」(単電池/素電池)を構成する。
図4は、電池容器11に収容された状態の溶融塩電池本体、すなわち溶融塩電池の単セルBの外観の概略を示す斜視図である。なお、図2,図3における正極1及び負極2のそれぞれからは、端子1t及び2tが電池容器11の外部へ、電池容器11との絶縁を保って引き出される。電池容器11の内面には絶縁処理が施されており、電池容器11は、内部の溶融塩電池本体10とは電気的に絶縁されている。図4においては、単セルBの上面の長辺方向をXで示し、短辺方向をYで示し、上下方向をZで示している。端子1t及び2tは、単セルBの上面であって、X方向の端部寄りに設けられている。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る二次電池パック100を示す一の方向(Y方向)に沿った縦断面図、図6は、同二次電池パック100の他の方向(X方向)に沿った縦断面図である。なお、図5及び図6において、X−Y−Zの方向は、図4に対応している。
図5及び図6において、二次電池パック100は、外装ケース101と、組電池103と、ヒータ104とを備えている。外装ケース101は、ケース本体105と蓋体106とを備え、六面体の箱形状に形成されている。
ヒータ104は、例えばシリコンゴムを基材として電熱線を埋め込んだシートヒータ(例えば厚さ3mm程度)とされている。そして、ヒータ104は、外装ケース101と接して、これを加熱する。本実施形態のヒータ104は、外装ケース101の底面とX方向の両端面とに接するように設けられている。ただし、ヒータ104の配置は特に限定されるものではなく、例えば、外装ケース101のY方向の両端面に接するようにヒータ104が設けられていてもよいし、外装ケース101の内部において各単セルB間や各単セルBの外面に接するようにヒータ104が設けられていてもよい。
より具体的には、固定具110は、上下方向に長い円柱形状、角柱形状、円筒形状、又は角筒形状、或いはブロック形状等に形成されている。また、固定具110の上下方向の高さ(蓋体106からの突出量)は、単セルBの端子1t,2tの高さよりも大きい寸法とされている。そして、固定具110は、単セルBの上面における電極の端子1t,2tを避けた位置、例えば、X方向の中央に当接している。また、端子1t,2tの近傍には図示しない電気配線や放圧弁等の部品が配置されているが、固定具110はこれらの電気配線や部品をも避けた位置に配置されている。
したがって、例えば二次電池パック100が車両に搭載された場合に、走行に伴って二次電池パック100に振動が伝達されたとしても、単セルBは固定具110によって上下方向の動きが抑制され、外装ケース101内で単セルBが上方へ浮き上がって単セルBに傷がついたり、電気配線に力がかかったりするのを防止することができる。なお、外装ケース101内の組電池103は、Y方向の両端面がケース本体105の側板105b,105cに当接することによって、外装ケース101に対するY方向の動きも制限され、X方向の両端面がケース本体105の側板105d,105eに当接することによって、外装ケース101に対するX方向の動きも制限されている。したがって、単セルBは、XY方向にがたつくこともほとんどない。
固定具110は、単セルBの上下方向の動きを制限できる程度の剛性を有する材料により形成される。例えば、固定具110は、蓋体106と同一の材料、例えばアルミニウム合金により形成することができる。
固定具110の下端部には、単セルBの上面との間で相対的な摺動を防止する構成を採用するのが好ましい。例えば、固定具110の下端部に吸盤のような吸着部材を設け、当該吸着部材を単セルBの上面に吸着させる構成を採用することができる。また、固定具110の下端部に、ゴム等の摩擦係数の大きい部材や粘着性を有する部材を設け、これらの部材を単セルBの上面に当接させる構成を採用することもできる。ただし、いずれの部材も、単セルBの上下方向の動きの制限を阻害することがないように、上下方向の変形が少ないものを採用することが好ましい。
図7は、本発明の第2の実施形態に係る二次電池パック100の蓋体106と固定具120とを分解して示す斜視図、図8は、同二次電池パック100の蓋体106と固定具120とを拡大して示す縦断面図である。
本実施形態では、固定具120が、蓋体106の内面に沿った方向(水平方向)に位置調整可能に設けられている。具体的には、蓋体106には、X方向に長い長孔106aが形成され、この長孔106aに固定ボルト121が挿入される。また、固定具120の上端面には、固定ボルト121が螺合可能な雌ねじ穴120aが形成されている。そして、長孔106aに挿入した固定ボルト121を固定具120の雌ねじ穴120aに螺合することによって、固定具120が蓋体106に取り付けられる。
なお、固定ボルト121には蓋体106の上面に対する接触面圧を下げるために座金122を装着するのが好ましい。また、蓋体106と固定具120との間には、座金を兼ねたシム(位置調整部材)123を設けるのが好ましい。このシム123の厚さや枚数を変更することによって固定具120の上下方向(蓋体106に垂直なZ方向)の位置を調整することができ、単セルBの高さ寸法の誤差等にも対応することが可能となる。
図9は、本発明の第3の実施形態に係る二次電池パック100を示す縦断面図である。
本実施形態では、外装ケース101の蓋体106に設けられた各固定具130が、複数の単セルBに渡る範囲で設けられ、各固定具130が、複数の単セルBを押さえ付けて固定している。より具体的には、各固定具130は、蓋体106から下方に延びる脚部130aと、脚部130aの下端からY方向の両側に延びる押さえ部130bとによって逆T字形状に形成されている。そして、押さえ部130bの両端部が2つの単セルBの上面を押さえ付け、これらを同時に固定している。したがって、本実施形態では、8個の単セルBに対して4個の固定具130が設けられている。
なお、本実施形態における固定具130は、3個以上の単セルBに渡る範囲で設けられていてもよい。全ての単セルBに渡る範囲で設けられた固定具については、次の第4の実施形態で例示する。また、本実施形態においても、第2の実施形態のように固定具130が位置調整可能に構成されていてもよい。
図10は、本発明の第4の実施形態に係る二次電池パック100の縦断面図、図11は、同二次電池パック100の蓋体106を裏返して示す斜視図である。
本実施形態では、外装ケース101の蓋体106に設けられた固定具140が、全ての単セルBに渡る範囲で設けられ、一つの固定具140が全ての単セルBを押さえ付けて固定している。より具体的には、固定具140は、Y方向に長い帯板状に形成されている。
図12は、本発明の第5の実施形態に係る二次電池パック100の縦断面図、図13は、図12の一部を拡大して示す縦断面図である。
本実施形態では、外装ケース101の蓋体106に設けられた固定具150A,150Bが、単セルBの上面を押さえ付けるだけでなく、隣接する単セルBの間、及びY方向の両端に配置された単セルBと外装ケース101の側板105b,105cと間に隙間Sを形成するスペーサとしての機能をも有している。具体的には、図12におけるY方向の両端の固定具150B以外の固定具150Aは、図13に示されるように、Y方向の一端部に単セルBの上面を押さえる押さえ部150aが設けられ、Y方向の他端部に、押さえ部150aよりも下方に突出して2つの単セルBの間に挿入される挿入部150bが設けられている。また、図12におけるY方向の両端の固定具150Bは、Y方向の一端部に単セルBの上面を押さえる押さえ部150aが設けられ、Y方向の他端部に、押さえ部150aよりも下方に突出して外装ケース101の側板105b,105cと単セルBの間に挿入される挿入部150b1が設けられている。挿入部150b,150b1は、隣接する単セルBの互いに対向する側面、及び外装ケース101の側板105b,105cに対向する単セルBの側面(以下、これらを単に「対向側面」ともいう)の外周部のうち上端の一部分のみに挿入される。したがって、隙間Sは、少なくとも単セルBの対向側面の中央部に形成される。
図14は、本発明の第6の実施形態に係る二次電池パック100の一の方向(Y方向)に沿った縦断面図、図15は、同二次電池パック100の他の方向(X方向)に沿った縦断面図、図16は、二次電池パック100の一端部を分解して示す概略的な斜視図である。
本実施形態では、固定具110の構成が上記第1の実施形態と同様とされ、この固定具110とは別にスペーサ161が設けられている。このスペーサ161は、隣接する単セルB間、及びY方向の両端部に配置された単セルBと外装ケースの側板105b,105cとの間にそれぞれ挿入され、各間に隙間Sを形成する。
また、本実施形態や第5の実施形態において、スペーサ161や挿入部150b,150b1は、隣接する単セルBの間、及び単セルBと外装ケース101の側板105b,105cとの間の全てではなく、一部に挿入されていてもよい。
図17は、二次電池パック100を搭載した電気自動車200を示す概略図である。なお、図示は省略しているが、二次電池パック100は、周囲との断熱性を保つために断熱材及びそれを覆う最外装のケースにより覆われる。
二次電池パック100は、前述した固定具110,120,130,140,150A,150Bによって外装ケース101内での単セルBの上下方向の動きが制限される。そのため、電気自動車200の走行に伴う振動によって単セルBが外装ケース101内で上方へ浮き上がってしまうことがない。
また、二次電池パック100は、電気自動車以外にも、フォークリフト等の産業用車両も含めた電気推進車両全般の、走行用或いは荷役用に用いられる主電動機を駆動するための電源として好適である。さらに、船舶や航空機も含めた移動体に搭載される電源として好適である。
なお、上記実施形態では、溶融塩電池を用いた二次電池パックについて説明したが、必ずしも溶融塩電池に限定されるものではなく、例えば寒冷地で使用するリチウムイオン電池等の二次電池パックにも本発明を適用可能である。ただし、スペーサ161や挿入部150b、150b1を備えた実施形態に係る本発明は、ヒータ104によって加熱されることで単セルBの膨張が大きくなる二次電池パックに適用することが特に有効である。
また、上記実施形態の外装ケース101は、ケース本体105の上面部に設けられた開口部105fを蓋体106によって閉塞する構成であったが、ケース本体105の側面部(例えば、図6において側板105d又は105eが設けられた部分)を開口部とし、この開口部を蓋体106によって閉塞し、この蓋体106と単セルBの側面との間に間隔を設けて、当該側面を蓋体106に設けた固定具によって押さえ付ける構成であってもよい。すなわち、図6に示す二次電池パック100を横向きに倒す(90度回転させる)ことによって、蓋体106をケース本体105の側面部に位置させた形態である。この場合、固定具は、単セルBの側面を押さえ付けることによって単セルBを固定することになる。
また、第5の実施形態において、固定具150A,150Bは、互いに隣接するものを一体に構成することも可能である。また、第5、第6の実施形態において、スペーサ161や挿入部150b,150b1は、隣接する単セルBの間、及び単セルBと外装ケース101の側板105b、105cとの間の全てに挿入されているが、一部の間に挿入されていてもよい。
1a :正極集電体
1b :正極材
1t :端子
2 :負極
2a :負極集電体
2b :負極材
2t :端子
3 :セパレータ
10 :溶融塩電池本体
11 :電池容器
100 :二次電池パック
101 :外装ケース
103 :組電池
104 :ヒータ
105 :ケース本体
105a :底板
105b :側板
105c :側板
105c1:挿通孔
105d :側板
105d1:雌ねじ穴
105e :側板
105e1:雌ねじ穴
105f :開口部
106 :蓋体
106a :長孔
110 :固定具
120 :固定具
120a :雌ねじ穴
121 :固定ボルト
122 :座金
123 :シム
130 :固定具
130a :脚部
130b :押さえ部
140 :固定具
150A :固定具
150B :固定具
150a :押さえ部
150b :挿入部
150b1:挿入部
161 :スペーサ
161a :切り欠き
161b :角部
162 :固定ネジ
163 :温度センサ
200 :電気自動車
a :隙間の幅
b :隙間の幅
B :単セル
S(Sa,Sb):隙間
Claims (8)
- 開閉可能な蓋体を有する外装ケースと、この外装ケースに収容される複数の単セルとを備え、
前記蓋体には、前記外装ケースの内部側へ突出し、かつ前記単セルの外面を押さえ付けることによって当該単セルを前記外装ケースに固定する固定具が設けられている、二次電池パック。 - 前記固定具は、前記蓋体に位置調整可能に設けられている、請求項1に記載の二次電池パック。
- 一つの前記固定具が、複数の単セルに渡る範囲で設けられている、請求項1又は請求項2に記載の二次電池パック。
- 前記単セルの外面には電極の端子が突出しており、前記固定具は、前記端子の突出量よりも大きい突出量で前記蓋体の内面から突出している、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の二次電池パック。
- 互いに隣接する前記単セルの間、及び前記単セルの並び方向の端部に配置された前記単セルとこれに隣接する前記外装ケースの側板との間の少なくとも一つに挿入され、当該間に、前記単セルの側面の膨出変形を吸収するための隙間を形成するスペーサを備えている、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の二次電池パック。
- 前記固定具が、前記スペーサを構成する挿入部を有している、請求項5に記載の二次電池パック。
- 請求項1に記載の二次電池パックを電源として搭載する、移動体。
- 開閉可能な蓋体を有する外装ケース内に二次電池の単セルを収容して固定する方法であって、
前記蓋体から前記外装ケースの内部側へ突出する固定具によって、前記単セルの外面を押さえ付けて当該単セルを前記外装ケースに固定する、二次電池の固定方法。
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