JP2017054866A - 蓄電モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】組付性、セルの冷却性およびセルの支持性に優れる蓄電モジュールを提供する。
【解決手段】内部のガスを外部に排出する安全弁を有する複数のセル２０〜２３と、複数のセル２０〜２３を収容し、セルの間の空気通路形成用開口部を有する樹脂ケース３０と、樹脂ケース３０に収容した複数のセル２０〜２３のうちのセルの間に配置され、両端が空気通路形成用開口部で開口する自然対流による空気通路１２０を有するスペーサ１１０と、樹脂ケース３０の外側から押して樹脂ケース３０に収容した複数のセル２０〜２３を押さえる狭着ブラケット４０とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、蓄電モジュールに関するものである。

特許文献１に開示の組電池においては、単電池の配列方向の最外側に位置する単電池の更に外側には一対の拘束板が配置されている。さらに、単電池間には緩衝板が配置されているとともに他の単電池間には冷却板が配置されている。

特開２０１４−１５７７４７号公報

ところが、セルを並べて配置するとともに一対の拘束板で拘束すると、一対の拘束板、緩衝板および冷却板が必要であることから組付性に劣るという問題があった。
本発明の目的は、組付性、セルの冷却性およびセルの支持性に優れる蓄電モジュールを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、内部のガスを外部に排出する安全弁を有する複数のセルと、前記複数のセルを収容し、セルの間の空気通路形成用開口部を有する樹脂ケースと、前記樹脂ケースに収容した前記複数のセルのうちのセルの間に配置され、両端が前記空気通路形成用開口部で開口する自然対流による空気通路を有するスペーサと、前記樹脂ケースの外側から押して前記樹脂ケースに収容した前記複数のセルを押さえる狭着ブラケットと、を備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、樹脂ケースに複数のセルが収容され、樹脂ケースはセルの間の空気通路形成用開口部を有する。樹脂ケースに収容した複数のセルのうちのセルの間にスペーサが配置され、スペーサは、両端が樹脂ケースの空気通路形成用開口部で開口する自然対流による空気通路を有する。狭着ブラケットが樹脂ケースの外側から押して樹脂ケースに収容した複数のセルが押さえられる。よって、樹脂ケースでセルを支持できるとともに樹脂ケースでセルの組付性が向上し、さらに、空気通路による冷却性に優れ、組付性、セルの冷却性およびセルの支持性に優れたものとなる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の蓄電モジュールにおいて、前記狭着ブラケットは、コ字状の金属板よりなり、対向する２面間に前記樹脂ケースが位置し、前記樹脂ケースから露出するセルと前記狭着ブラケットとの間に放熱シートが介在されているとよい。

請求項３に記載のように、請求項２に記載の蓄電モジュールにおいて、前記狭着ブラケットにおける前記対向する２面に、狭着方向に曲がる曲げ部が形成されているとよい。
請求項４に記載のように、請求項２または３に記載の蓄電モジュールにおいて、前記狭着ブラケットは、樹脂成分を含む黒色系塗料で塗装されているとよい。

本発明によれば、組付性、セルの冷却性およびセルの支持性に優れたものとなる。

実施形態におけるリチウムイオンキャパシタモジュールの平面図。 リチウムイオンキャパシタモジュールの正面図。 リチウムイオンキャパシタモジュールの分解斜視図。 リチウムイオンキャパシタモジュールの分解斜視図。 （ａ）は図２の５−５線での断面図、（ｂ）は一部拡大図。 樹脂ケースの斜視図。 スペーサの斜視図。 図２の８−８線での断面図。 図２の９−９線での断面図。 別例の図２の８−８線での断面図。

以下、本発明を車載用のリチウムイオンキャパシタモジュールに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１，２，３，４に示すように、蓄電モジュールとしてのリチウムイオンキャパシタモジュール１０は、複数（４つ）のセル２０，２１，２２，２３を一体化したものであり、モジュール化されている。

車載用のリチウムイオンキャパシタモジュール１０は、４つのセル２０，２１，２２，２３と、複数のセル２０〜２３を収容する樹脂ケース３０と、狭着ブラケット４０と、樹脂製のダクトカバー５０と、バランス回路基板６０と、樹脂製の基板カバー７０と、放熱シート８０を備えている。さらに、セル外周面を線（軸）でシールする軸シール構成の被水防止ゴムシール９０と、面と面で挟み込んでシールする面シール構造のガス漏れ防止ゴムシール１００を備えている。さらに、リチウムイオンキャパシタモジュール１０は、セル間に配置される３枚のスペーサ１１０（図４参照）を備えている。

セル２０，２１，２２，２３は、それぞれ、角型のセルであり、角型の密閉ケース２４を有する。密閉ケース２４は、有底四角箱型の外装缶２４ａと、外装缶２４ａの開口部を塞ぐ長尺状の蓋体（封口板）２４ｂで構成されている。長尺状の蓋体２４ｂにおける長手方向の端部には正負の電極２５，２６が設けられている。また、長尺状の蓋体２４ｂにおける長手方向の中央部には安全弁２７が設けられている。安全弁２７は、内部のガスを外部に排出する。このように、セル２０，２１，２２，２３は、内部のガスを外部に排出する安全弁２７を有する。

セル２０，２１，２２，２３はエレメント（電極組立体）を有し、エレメントは、正極に活性炭を、負極にリチウム吸蔵炭素を用い、正負の電極がセパレータを介して対向して構成されている。このエレメントが密閉ケース２４に収納されているとともに密閉ケース２４内には電解液が注入されている。

より詳しくは、図９に示すように、エレメント２８は、電極活物質層を両面に有する帯状の正極板および負極板が帯状のセパレータを介して巻回扁平形状に形成されている。セル２０〜２３における内部にエレメント２８が配置され、エレメント２８は、Ｙ方向における両端部（底面Ｆ２および電極・安全弁の配置面Ｆ１）において厚みが厚くなっている。なお、エレメント２８の正極板および負極板は集電板を介して端子（電極２５，２６）に接続されている。

図３，４に示すように、樹脂ケース３０は、複数のセル２０〜２３を収容する。特に、樹脂ケース３０は、セルの電極２５，２６および安全弁２７の配置面Ｆ１が露出する状態で複数のセル２０，２１，２２，２３を収容する。より詳しくは、図６に示すように、樹脂ケース３０は略直方体形状をなし、六面のうちの一面がセル挿入用の開口面となっており、板状のスペーサ１１０により区画された収容室３１，３２，３３，３４（図４参照）に各セル２０，２１，２２，２３が離間して収容される。収容室３１，３２，３３，３４はＹ方向に延びており、各収容室３１，３２，３３，３４にセル２０，２１，２２，２３がＹ方向に挿入される。セル２０，２１，２２，２３における電極２５，２６および安全弁２７の配置面Ｆ１は長方形をなし、セルが樹脂ケース３０に収容されるとき、配置面Ｆ１が立設状態で長辺が上下方向（Ｚ方向）、短辺が水平方向（Ｘ方向）、セルの深さ方向が水平方向（Ｙ方向）となる。また、図３に示すように、樹脂ケース３０の底面部３５には開口部３６が設けられ、開口部３６においてセル２０，２１，２２，２３の底面が露出する。

リチウムイオンキャパシタモジュール１０は、自然対流により空冷できる構造であり、図６に示すように、樹脂ケース３０は、上面および下面に、セル２０〜２３間において、上下方向（Ｚ方向）に延びる空気通路形成用開口部３７を有し、空気の対流を促すために下側の入口と上側の出口が確保されている。

また、セルで発生する熱はセルの底面Ｆ２から放熱シート８０を介して狭着ブラケット４０に伝わり狭着ブラケット４０から大気に逃がされる。また、過充電などの異常時・寿命の際に、正常に安全弁（防爆弁）２７を開弁させる。

セル２０〜２３は直列接続され、セル２０〜２３間が異電位である。セル２０〜２３間は絶縁している。
狭着ブラケット４０は金属製であり、鋼板またはアルミ合金板よりなり、平面視においてコ字状に屈曲形成されている。つまり、狭着ブラケット４０は、長方形の底面部４１と、長方形の底面部４１の一方の端部から延びる側面部４２と、長方形の底面部４１の他の端部から延びる側面部４３からなり、側面部４２と側面部４３とは対向している。側面部４２と側面部４３との間に樹脂ケース３０（複数のセル２０〜２３）が狭着される。側面部４２および側面部４３は波型に成形されている。

狭着ブラケット４０の底面部４１の中央部にはセル側に突出する突出面４４を有する。突出面４４は長方形状をなしている。樹脂ケース３０の開口部３６において、狭着ブラケット４０の突出面４４とセル２０〜２３との間に、放熱シート８０が配置される。狭着ブラケット４０においてセル側に形成された突出面４４よりも放熱シート８０は広い範囲に設けられている。

４本のねじＳｃ１が狭着ブラケット４０を貫通して樹脂ケース３０の底面部３５に螺入されることにより狭着ブラケット４０と樹脂ケース３０の底面部３５とが支持されている。また、２本の通しボルトＢ１が狭着ブラケット４０を通ることにより狭着ブラケット４０が樹脂ケース３０を狭着可能に支持している。狭着ブラケット４０が、樹脂ケース３０の外側から押して樹脂ケース３０に収容した複数のセル２０〜２３を押さえる。また、狭着ブラケット４０により、セル２０〜２３の膨張を規制（狭着）している。

狭着ブラケット４０における底面部４１からセル側に突出する突出面４４がガス漏れ防止ゴムシール１００を押圧する押圧手段となっている。
ダクトカバー５０は、浅い有蓋四角筒状をなし、樹脂ケース３０に対しセルの電極２５，２６および安全弁２７の配置面Ｆ１を覆うように設けられている。図３に示すように、４本のねじＳｃ２が樹脂ケース３０を貫通してダクトカバー５０に螺入されてダクトカバー５０は樹脂ケース３０に固定されている。

図４に示すように、ダクトカバー５０と、ダクト５２（図１参照）を繋ぐパイプ５１とが一体化されている。そして、パイプ５１には図１に示すようにダクト（チューブ）５２の一端が接続され、ダクト５２の他端は車両外部（または車室外）において開口している。このようにダクトカバー５０にはダクト５２が繋がる。そして、セル２０〜２３の安全弁２７から排出されたセル２０〜２３の内部ガスがパイプ５１およびダクト５２を介して外部に導くことができる。

図４に示すように、ダクトカバー５０の外面にはバランス回路基板６０がパイプ５１を貫通する状態で取り付けられる。詳しくは、６本のねじＳｃ３がバランス回路基板６０を貫通してダクトカバー５０に螺入されることによりバランス回路基板６０がダクトカバー５０に締結される。バランス回路基板６０には、各セルの電圧および充電量のバランスを制御するバランス回路が形成されている。

また、セル２０，２１，２２，２３の電極２５，２６がダクトカバー５０を貫通しており、電極２５，２６とバランス回路基板６０とが電気的に接続されている。詳しくは、８本のフランジ付きナットＮ１で締結されたバスバー（図示略）を介して電極２５，２６とバランス回路基板６０とが電気的に接続されている。

基板カバー７０は、浅い有蓋四角筒状をなし、ダクトカバー５０との間にバランス回路基板６０を挟んだ状態でバランス回路基板６０およびセルの電極２５，２６を覆うようにダクトカバー５０に装着される。ダクトカバー５０と基板カバー７０との間においてバランス回路基板６０が密閉状態で配置され、ダクトカバー５０と基板カバー７０とは内部が被水されないように封止されている。

図３，４に示すように、放熱シート８０は、ゴム製の四角シート材よりなる。放熱シート８０は、熱伝導性に優れるとともに電気絶縁性を有する。具体的には、放熱シート８０はシリコーン製であり、他にもアクリルゴム材を用いることも可能である。そして、樹脂ケース３０の開口部３６において狭着ブラケット４０の突出面４４とセルの底面Ｆ２の間に配置される放熱シート８０を介してセルの熱が狭着ブラケット４０に伝えられる。

図４に示すように、４つのセル２０〜２３はＸ方向に並列されている。セル２０〜２３毎の安全弁２７が整列されており、この各セル２０〜２３の安全弁２７からのガスがガス漏れ防止ゴムシール１００を介してパイプ５１、ダクト５２を通して排気される。

ガス漏れ防止ゴムシール１００は、セルの電極２５，２６および安全弁２７の配置面Ｆ１とダクトカバー５０との間に配置されている。ガス漏れ防止ゴムシール１００は、安全弁２７からのセルの内部ガスをダクト５２へ導くように封止する。

また、図３に示すように、ダクトカバー５０の内面にはセル間を仕切る壁部５５が突設されている。この壁部５５が、図８に示すようにセル間に配置される。壁部５５は被水防止ゴムシール９０とＹ方向において密着している。

図３，４に示すように、被水防止ゴムシール９０は、ダクトカバー５０の凹部５４と樹脂ケース３０の間に配置される。被水防止ゴムシール９０は、四角枠部９１と、四角枠部９１の内方において平行に延びる３本の架橋部９２，９３，９４とからなる。図８に示すように、四角枠部９１はセル群の周囲を囲うように延びている。架橋部９２はセル２０とセル２１との間の空間に配置される。架橋部９３はセル２１とセル２２との間の空間に配置される。架橋部９４はセル２２とセル２３との間の空間に配置される。

被水防止ゴムシール９０は、セルの電極２５，２６および安全弁２７の配置面Ｆ１の近傍におけるセル２０〜２３の全周にわたって延び、セルの電極２５，２６および安全弁２７の配置面Ｆ１の近傍に接触して樹脂ケース３０側からの水の浸入を防ぐ。

図７に示すように、板状のスペーサ１１０は、上下端部に厚肉部１１６を有する。一方、図６に示すように、樹脂ケース３０のセル挿入用の開口面での上下には切欠き３８が形成されている。そして、樹脂ケース３０の切欠き３８にスペーサ１１０の厚肉部１１６が差し込まれて、図５（ａ）に示すように、樹脂よりなるスペーサ１１０が、セル２０とセル２１との間、セル２１とセル２２との間、セル２２とセル２３との間に配置される。図８に示すように、ダクトカバー５０の壁部５５と被水防止ゴムシール９０とスペーサ１１０により、複数のセル２０〜２３の並列方向（Ｘ方向）に位置決めされている。図９に示すように、セルの電極および安全弁の配置面Ｆ１側のスペーサ１１０の端面は被水防止ゴムシール９０とＹ方向において密着している。また、セル底面Ｆ２側のスペーサ１１０の端面は放熱シート８０とＹ方向において密着している。

図５（ａ）に示すように、コ字状の金属板よりなる狭着ブラケット４０は、対向する２面４５，４６間に樹脂ケース３０が位置し、樹脂ケース３０から露出するセル２０〜２３と狭着ブラケット４０との間に放熱シート８０が介在されている。図８に示すように、狭着ブラケット４０の側面部４２，４３において、対向する２面４５，４６に、狭着方向に曲がる曲げ部４７が形成されている。曲げ部４７は、２箇所にわたり形成され、樹脂ケース３０の外面に接触する部位から外方に突出するように四角形状に屈曲形成されている。狭着ブラケット４０の曲げ部４７と樹脂ケース３０の外面との間に自然対流による空気通路４８が形成され、空気通路４８は上下方向（Ｚ方向）に延び、両端が開口している。

また、図３，４に示すように、狭着ブラケット４０の側面部４２および側面部４３には、リブ４９が、上下方向（Ｚ方向）に両端が塞がれた（開口しない）状態で形成されている。リブ４９は、２箇所にわたり形成され、樹脂ケース３０の外面に接触する部位から外方に突出するように四角形状に屈曲形成されている。

図５（ｂ）に示すように、狭着ブラケット４０の両面は、樹脂成分を含む黒色系塗料１３０，１３１で塗装されている。具体的には、樹脂成分を含む黒色系塗料１３０，１３１は、カチオン電着塗料である。

図８に示すように、スペーサ１１０は、樹脂ケース３０に収容した複数のセル２０〜２３のうちのセルの間に配置され、両端が空気通路形成用開口部３７（図６参照）で開口する自然対流による空気通路１２０を有する。

詳しくは、図７に示すように、スペーサ１１０は、板部１１１と、リブ１１２，１１３，１１４を有する。リブ１１２，１１３，１１４は、板部１１１の両面に突出し、セル２０〜２３と接する。図５，８，９に示すように、スペーサ１１０のリブ１１２，１１３，１１４の位置が、セル２０〜２３における内部のエレメント２８の厚みが厚くなっている位置の少なくとも１箇所に対応している。板部１１１は、リブ１１２，１１３，１１４におけるセルの整列方向（Ｘ方向）の中央部に形成されている。図５（ａ）に示すようにセル間の隙間Ｗ１は例えば３．９ｍｍ程度である。

図５（ａ）に示すように、狭着ブラケット４０を貫通する通しボルトＢ１は、段付きボルトであり、通しボルト（段付きボルト）Ｂ１の円柱部が狭着ブラケット４０の側面部４２と側面部４３とを貫通する状態で、側面部４２から突出する雄ねじ部にナットＮ２が螺入されている。これにより、狭着ブラケット４０の側面部４２と側面部４３との間隔が一定に管理されている。

次に、作用について説明する。
セル２０，２１，２２，２３において内圧が高くなると安全弁２７が作動して、内部のガスが外部に排出される。セル２０〜２３の安全弁２７の開弁時においてガスが車外に排出される。

また、樹脂ケース３０とスペーサ１１０により複数のセル２０〜２３を固定することができ、組付性およびセルの支持性に優れている。さらに、狭着ブラケット４０の狭着力が樹脂ケース３０とスペーサ１１０により各セルに伝えられ、セルの支持性に優れている。さらには、樹脂ケース３０とスペーサ１１０により各セルを絶縁することができる。

また、冷却機能を持たせるべくセル（２０〜２３）間に隙間が設けられ、積極的に対流が利用される。つまり、セル２０〜２３が自然対流によって冷却され、セルの冷却性に優れている。さらに、セル２０〜２３の底面Ｆ２に放熱シート８０が張り付けられ、狭着ブラケット４０に熱が逃がされる。詳しくは、狭着ブラケット４０において形成された突出面（凹み形状）４４により放熱シート８０が押さえられて、放熱性の向上が図られる。即ち、図８に示すように、セルで発生する熱のうちの熱Ｑ１は放熱シート８０を介して狭着ブラケット４０に伝わり、熱放射により大気中に逃がされる。さらに、放熱性について、狭着ブラケット４０において塗布された樹脂成分を含む黒色系塗料１３０，１３１により熱放射率が向上される。

また、セルで発生する熱のうちの熱Ｑ２は狭着ブラケット４０の曲げ部４７により形成された空気通路４８において熱放射により自然対流による空気中に逃がされる。より詳しくは、図５（ｂ）においてＱ２で示すように、塗料１３０，１３１を介して熱が空気中に逃がされる。さらには、狭着ブラケット４０は曲げ形状とされており、曲げ部４７およびリブ４９により、強度が確保される。

また、曲げ部４７により狭着ブラケット４０の表面積の拡大が図られるとともに対流量の確保に寄与する。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）蓄電モジュールとしてのリチウムイオンキャパシタモジュール１０の構成として、内部のガスを外部に排出する安全弁２７を有する複数のセル２０〜２３と、複数のセル２０〜２３を収容し、セルの間の空気通路形成用開口部３７を有する樹脂ケース３０を備える。さらに、樹脂ケース３０に収容した複数のセル２０〜２３のうちのセルの間に配置され、両端が空気通路形成用開口部３７で開口する自然対流による空気通路１２０を有するスペーサ１１０と、樹脂ケース３０の外側から押して樹脂ケース３０に収容した複数のセル２０〜２３を押さえる狭着ブラケット４０とを備えた。よって、樹脂ケース３０でセル２０〜２３を支持できるとともに樹脂ケース３０でセル２０〜２３の組付性が向上し、さらに、空気通路１２０による冷却性に優れる。このようにして、組付性、セルの冷却性およびセルの支持性に優れたものとなる。

（２）狭着ブラケット４０は、コ字状の金属板よりなり、対向する２面４５，４６間に樹脂ケース３０が位置し、樹脂ケース３０から露出するセル２０〜２３と狭着ブラケット４０との間に放熱シート８０が介在されているので、セル２０〜２３の熱を放熱シート８０を介して狭着ブラケット４０に逃がすことができ、放熱性に優れている。

（３）狭着ブラケット４０における対向する２面４５，４６に、狭着方向に曲がる曲げ部４７が形成され空気通路４８が形成されているので、放熱性に優れている。
（４）図５（ｂ）に示すように、狭着ブラケット４０は、樹脂成分を含む黒色系塗料１３０，１３１で塗装されているので、熱放射率が上がって放熱性に優れている。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図５（ａ）におけるスペーサの構成に代わり図１０に示すようにしてもよい。即ち、１枚のスペーサ１１０と、２枚のスペーサ１４０を用いる。セル２０とセル２１との間にスペーサ１４０が、セル２１とセル２２との間にスペーサ１１０が、セル２２とセル２３との間にスペーサ１４０が配置される。スペーサ１１０は板部１１１とリブ１１２，１１３，１１４とを有し、リブ１１２，１１３，１１４は、板部１１１から突出し、セルと接する。リブ１１２，１１３，１１４におけるセルの整列方向（Ｘ方向）の中央部に板部１１１が形成されている。スペーサ１４０は板部１４１とリブ１４２，１４３，１４４とを有し、リブ１４２，１４３，１４４は、板部１４１からセルの整列方向（Ｘ方向）の中央部側に突出し、セルと接する。リブ１４２，１４３，１４４におけるセルの整列方向（Ｘ方向）の中央部よりも外側のセル（セル２０，２３）側に板部１１１が形成されている。

４つのセル２０，２１，２２，２３のうちの中央寄りのセル２１，２２は熱干渉によって両側のセル２０，２３よりも温度が上昇しやすい。図１０の構成では、セル２０とセル２１の間のスペーサ１４０についてはセル２１の空気通路１５０の幅が広くなるとともにセル２２とセル２３の間のスペーサ１４０についてはセル２２の空気通路１５０の幅が広くなり、通風量を増加させてセル２１，２２をより冷却させて複数のセルを均等に昇温を抑えることが可能となる。

・樹脂ケース３０と樹脂スペーサ１１０とは別体であったが、樹脂ケース３０と樹脂スペーサ１１０とは一体であってもよい。
・セルはリチウムイオンキャパシタであったが、これに限らない。例えば、リチウムイオン電池等であってもよい。

１０…リチウムイオンキャパシタモジュール、２０，２１，２２，２３…セル、２７…安全弁、３０…樹脂ケース、３７…空気通路形成用開口部、４０…狭着ブラケット、４５…２面、４６…２面、４７…曲げ部、８０…放熱シート、１１０…スペーサ、１２０…空気通路、１３０…塗料、１３１…塗料。

Claims (4)

1. 内部のガスを外部に排出する安全弁を有する複数のセルと、
   前記複数のセルを収容し、セルの間の空気通路形成用開口部を有する樹脂ケースと、
   前記樹脂ケースに収容した前記複数のセルのうちのセルの間に配置され、両端が前記空気通路形成用開口部で開口する自然対流による空気通路を有するスペーサと、
   前記樹脂ケースの外側から押して前記樹脂ケースに収容した前記複数のセルを押さえる狭着ブラケットと、
   を備えたことを特徴とする蓄電モジュール。
2. 前記狭着ブラケットは、コ字状の金属板よりなり、対向する２面間に前記樹脂ケースが位置し、
   前記樹脂ケースから露出するセルと前記狭着ブラケットとの間に放熱シートが介在されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電モジュール。
3. 前記狭着ブラケットにおける前記対向する２面に、狭着方向に曲がる曲げ部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記狭着ブラケットは、樹脂成分を含む黒色系塗料で塗装されていることを特徴とする請求項２または３に記載の蓄電モジュール。

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