JP2017183071A

JP2017183071A - 組電池

Info

Publication number: JP2017183071A
Application number: JP2016068125A
Authority: JP
Inventors: 篤山中; Atsushi Yamanaka; 鈴木　雄介; Yusuke Suzuki; 雄介鈴木; 友敬刑部; Tomotaka Osakabe
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Kojima Industries Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP6571577B2

Abstract

【課題】スペーサから電池セルに対して一定以上の荷重を作用させるとともに、電池セルの膨張時にあっても、適正な電池性能が得られ、かつ、電池セルの冷却効率が高く維持される組電池、を提供する。【解決手段】スペーサ４１は、第１，第２突部５１，５２と、第１突部５１と隣り合い、電池セル２１Ｂに向けて突出し、電池セル２１Ｂと接触する第３突部５３と、第２突部５２と隣り合い、電池セル２１Ａに向けて突出し、電池セル２１Ａと接触する第４突部５４と、第３突部５３および第４突部５４の間で電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂと非接触となる第５，第６突部５５，５６とを含む。電池セル２１Ａ，２１Ｂの膨張時、第５突部５５および第６突部５６が、それぞれ、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂと接触する。組電池は、電池セル２１Ａ，２１Ｂの膨張時に電池セル２１Ｂおよび電池セル２１Ａにそれぞれ接触する第１剛体部７１および第２剛体部７２を備える。【選択図】図３

Description

この発明は、組電池に関する。

従来の組電池に関して、たとえば、特開２００８−１２４０３３号公報には、耐圧性能、冷却性能、耐振性を高め、コスト低減、小型軽量化を図り、組み立て容易性を解決し、車両搭載可能な電池モジュールの大量生産を実現することを目的とした、電池モジュールが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電池モジュールは、厚さ方向に積層される複数の電池セルと、電池セルを収容する外箱と、外箱内に間隙を形成するとともに、電池セルを加圧する可撓性のスペーサとを備える。スペーサは、Ω字形状、Ｃ字形状、または、Ｏ字形状にスリットを形成した形状の断面を有する。

また、特開２０１２−５９３８０号公報には、小型化を図るとともに、発電用ガスを流通させる流通層と冷媒媒体を流通させる冷却層とを互いに独立して設計し、かつ、それら流通層および冷却層の各高さを縮小することを目的とした、燃料電池スタックが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された燃料電池スタックは、単位セル間に冷却媒体を流通させるための冷却層を区画形成する一対のセパレータと、それらセパレータに導通接触し、かつ、単位セルの膨張変形を吸収するための導電性の変形吸収材とを備える。

特開２００８−１２４０３３号公報特開２０１２−５９３８０号公報

上述の特許文献に開示されるように、積層された電池セル間に可撓性を有するスペーサを介挿した組電池が知られている。このような組電池においては、スペーサから電池セルに対して、複数の電池セルを一体に拘束するために必要な一定以上の荷重を作用させることが求められる。

一方、上記の組電池においては、充放電時のＳＯＣ（state of charge）変動や温度変動によって、電池セルの膨縮運動が発生する。スペーサの別の役割に、このような電池セルの膨縮運動を吸収することがある。

しかしながら、電池セルの膨張量が増すに従って、スペーサから電池セルに加わる荷重が局所的に増大する。この場合、電池セルの内部抵抗がばらつき、適正な電池性能が得られないおそれがある。また、電池セルの膨張が過度に進むと、各電池セルにおいて、発熱体である電極体と、電極体を収容するセルケースとの接触面積が減少する。この場合、電極体からセルケースを通じての放熱が滞るため、電池セルの冷却効率が低下するおそれがある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、スペーサから電池セルに対して一定以上の荷重を作用させるとともに、電池セルの膨張時にあっても、適正な電池性能が得られ、かつ、電池セルの冷却効率が高く維持される組電池を提供することである。

この発明に従った組電池は、第１電池セルと、第１電池セルに対して積層される第２電池セルと、第１電池セルに向けて突出する突形状と、第２電池セルに向けて突出する突形状とが交互に繰り返す波状の断面形状を有し、第１電池セルおよび第２電池セルの間に介挿されるスペーサとを備える。第１電池セルおよび第２電池セルの各電池セルは、筐体形状を有するセルケースと、セルケースに収容され、セルケースの内側面と接触して設けられる電極体とを含む。スペーサは、第１電池セルに向けて突出し、第１電池セルと接触する第１突部と、第１突部より離れた位置に設けられ、第２電池セルに向けて突出し、第２電池セルと接触する第２突部と、スペーサが有する複数の突形状のうち第１突部と隣り合い、第１突部および第２突部の間に設けられ、第２電池セルに向けて突出し、第２電池セルと接触する第３突部と、第１電池セルおよび第２電池セルの積層方向に対して斜め方向に延び、第１突部および第３突部を接続する第１傾斜部と、スペーサが有する複数の突形状のうち第２突部と隣り合い、第１突部および第２突部の間に設けられ、第１電池セルに向けて突出し、第１電池セルと接触する第４突部と、第１電池セルおよび第２電池セルの積層方向に対して斜め方向に延び、第２突部および第４突部を接続する第２傾斜部と、第３突部および第４突部の間に配置され、それぞれ、第１電池セルおよび第２電池セルに向けて突出し、第１電池セルおよび第２電池セルと非接触となるように設けられる第５突部および第６突部とを含む。組電池は、スペーサに設けられる第１剛体部および第２剛体部の少なくとも一方をさらに備える。第１剛体部は、第１突部から第２電池セルに向けて突出し、第２電池セルと非接触となるように設けられる。第２剛体部は、第２突部から第１電池セルに向けて突出し、第１電池セルと非接触となるように設けられる。第１電池セルおよび第２電池セルの膨張時、第５突部および第６突部が、それぞれ、第１電池セルおよび第２電池セルと接触し、第１剛体部および第２剛体部の少なくともいずれか一方が、第２電池セルおよび／または第１電池セルと接触する。

このように構成された組電池によれば、第１傾斜部に、第１突部および第３突部の間で座屈を引き起こす方向の力を発生させ、第２傾斜部に、第２突部および第４突部の間で座屈を引き起こす方向の力を発生させることにより、スペーサから第１電池セルおよび第２電池セルに対して一定以上の荷重を作用させることができる。

また、第１電池セルおよび第２電池セルの膨張時、スペーサと、第１電池セルおよび第２電池セルとの接点を増やすことによって、スペーサから第１電池セルおよび第２電池セルに加わる荷重を分散させることができる。これにより、電池セルの膨張時にあっても適正な電池性能が得られる組電池を実現することができる。さらに、第１電池セルおよび第２電池セルの膨張時に、第１剛体部および第２剛体部の少なくともいずれか一方が第２電池セルおよび／または第１電池セルと接触することにより、電池セルの過度な膨張を防止できる。これにより、電極体がセルケースの内側面から離れることが抑制されるため、電池セルの冷却性能を高く維持することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、スペーサから電池セルに対して一定以上の荷重を作用させるとともに、電池セルの膨張時にあっても、適正な電池性能が得られ、かつ、電池セルの冷却効率が高く維持される組電池を提供することができる。

この発明の実施の形態における組電池を示す分解組み立て図である。図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った組電池を部分的に示す断面図である。図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲のスペーサを拡大して示す断面図である。電池セルの膨張時のスペーサを示す断面図である。図１中の組電池によって奏される作用効果を説明するための断面図である。電池セルの内部構造を模式的に示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における組電池を示す分解組み立て図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った組電池を部分的に示す断面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態における組電池１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能なバッテリから電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車や、外部充電が可能なプラグインハイブリッド自動車、電気自動車などに搭載される。

まず、組電池１０の全体構成について説明する。組電池１０は、リチウムイオン電池である。組電池１０は、複数の電池セル２１と、スペーサ４１と、ケース体１４とを有する。

複数の電池セル２１は、矢印１０１に示す一方向に積層されている（以下、矢印１０１に示す方向を「電池セル２１の積層方向」ともいう）。電池セル２１は、略直方体の薄板形状を有する。複数の電池セル２１は、各電池セル２１が有する複数の側面のうちで最も面積が大きい側面２５ｄ同士が、隣り合う電池セル２１間で向かい合わせとなるように積層されている。

電池セル２１は、電極体２３と、セルケース２５と、正極端子２７および負極端子２８とを有する。

セルケース２５は、略直方体の筐体形状を有し、電池セル２１の外観をなす。セルケース２５は、アルミニウム等の金属から形成されている。セルケース２５には、電解液とともに電極体２３が収容されている。電極体２３は、正極シートと、セパレータを介して正極シートと重ね合わされた負極シートとから構成されている。電極体２３は、正極シート、セパレータおよび負極シートの積層体を巻回した巻回タイプのものあってもよいし、正極シート、セパレータおよび負極シートを繰り返し積層した積層タイプのものであってもよい。

正極端子２７および負極端子２８は、セルケース２５の頂面２５ａに取り付けられている。正極端子２７および負極端子２８は、セルケース２５の内部で電極体２３に電気的に接続されている。正極端子２７および負極端子２８は、複数の電池セル２１間で互いに電気的に直列に接続されている。

スペーサ４１は、互いに隣り合う電池セル２１間に介挿されている。スペーサ４１は、絶縁性材料から形成されている。スペーサ４１は、樹脂から形成されている。スペーサ４１は、その構成部位として、枠部４３ｐおよび枠部４３ｑと、板状部４５ｐおよび板状部４５ｑと、波状部４６とを有する。

枠部４３ｐおよび枠部４３ｑは、それぞれ、セルケース２５の一対の側面２５ｂおよび側面２５ｃを覆うように設けられている。板状部４５ｐは、枠部４３ｐから、隣り合う電池セル２１間の空間に向けて延出する先に設けられている。板状部４５ｑは、枠部４３ｑから、隣り合う電池セル２１間の空間に向けて延出する先に設けられている。板状部４５ｐおよび板状部４５ｑは、電池セル２１（電池セル２１Ａ）と、その電池セル２１に隣り合う電池セル２１（電池セル２１Ｂ）との間で板状に延在している。

波状部４６は、板状部４５ｐおよび板状部４５ｑの間に設けられている。波状部４６は、波状の断面形状を有する。波状部４６は、電池セル２１Ａに向けて突出する突形状と、電池セル２１Ｂに向けて突出する突形状とが交互に繰り返す波状の断面形状を有する。波状部４６は、全体として、電池セル２１の積層方向に直交する方向（図１および図２中の矢印１０２に示す方向）に沿って波状に延びている（以下、波状部４６が全体として波状に延びる方向を、「波状部４６の延伸方向」ともいう）。

セルケース２５の内部には、電極体２３がセルケース２５の内側面に密着しない空間１２１と、電極体２３がセルケース２５の内側面に密着する空間１２２とが規定されている。板状部４５ｐおよび板状部４５ｑは、電池セル２１の積層方向において、空間１２１に投影される位置に設けられている。波状部４６は、電池セル２１の積層方向において、空間１２２に投影される位置に設けられている。

スペーサ４１（波状部４６）が介挿されることによって、互いに隣り合う電池セル２１間には、冷却風が流通される冷却風通路２６が形成されている。図２中には、冷却風通路２６における冷却風の流通方向に直交する平面により切断された場合の組電池１０の断面が示されている。波状部４６は、冷却風通路２６における冷却風の流通方向において同一の断面形状を有する。

ケース体１４は、略直方体の筐体形状を有する。ケース体１４には、複数の電池セル２１と、互いに隣り合う電池セル２１間に介挿されるスペーサ４１とからなる積層体が収容される。このような構成により、複数の電池セル２１がケース体１４の内部で一体に拘束される。

なお、図２中には、ケース体１４に収容された状態における、複数の電池セル２１およびスペーサ４１からなる積層体の断面が示されている。

続いて、スペーサ４１の構造についてより詳細に説明する。図３は、図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲のスペーサを拡大して示す断面図である。

図２および図３を参照して、スペーサ４１（波状部４６）は、その構成部位として、第１突部５１と、第２突部５２と、第３突部５３と、第４突部５４と、第５突部５５と、第６突部５６と、第１傾斜部６１と、第２傾斜部６２とを有する。第１〜第６突部５１〜５６は、電池セル２１Ａまたは電池セル２１Ｂに向けて突出する突形状をなす。

第１突部５１は、電池セル２１Ａに向けて突出する。第１突部５１は、電池セル２１Ａに接触する。第１突部５１は、電池セル２１Ａに向けて突出する先端で電池セル２１Ａに接触する。

第２突部５２は、波状部４６の延伸方向において、第１突部５１より離れた位置に設けられている。第２突部５２は、第１突部５１と連続して並んでいない。第２突部５２は、電池セル２１Ｂに向けて突出する。第２突部５２は、電池セル２１Ｂに接触する。第２突部５２は、電池セル２１Ｂに向けて突出する先端で電池セル２１Ｂに接触する。

第３突部５３は、第１突部５１および第２突部５２の間に設けられている。第３突部５３は、第１突部５１と連続して並んでいる。第１突部５１および第３突部５３は、スペーサ４１（波状部４６）が有する複数の突形状のうちで、互いに隣り合って設けられている。第３突部５３は、電池セル２１Ｂに向けて突出する。第３突部５３は、電池セル２１Ｂに接触する。第３突部５３は、電池セル２１Ｂに向けて突出する先端で電池セル２１Ｂに接触する。第３突部５３は、電池セル２１Ｂに向けて突出する先端で湾曲している。

第１傾斜部６１は、第１突部５１および第３突部５３の間を接続するように設けられている。第１傾斜部６１は、電池セル２１の積層方向に対して斜め方向に延びている。特に本実施の形態では、第１傾斜部６１が、第１突部５１および第３突部５３の間で直線状に延びている。

第４突部５４は、第１突部５１および第２突部５２の間に設けられている。第４突部５４は、第２突部５２と連続して並んでいる。第２突部５２および第４突部５４は、スペーサ４１（波状部４６）が有する複数の突形状のうちで、互いに隣り合って設けられている。第４突部５４は、電池セル２１Ａに向けて突出する。第４突部５４は、電池セル２１Ａに接触する。第４突部５４は、電池セル２１Ａに向けて突出する先端で電池セル２１Ａに接触する。第４突部５４は、電池セル２１Ａに向けて突出する先端で湾曲している。

第２傾斜部６２は、第２突部５２および第４突部５４の間を接続するように設けられている。第２傾斜部６２は、電池セル２１の積層方向に対して斜め方向に延びている。特に本実施の形態では、第２傾斜部６２が、第２突部５２および第４突部５４の間で直線状に延びている。

なお、第１傾斜部６１は、第１突部５１および第３突部５３の間で、湾曲しながら電池セル２１の積層方向に対して斜め方向に延びてもよい。第２傾斜部６２は、第２突部５２および第４突部５４の間で、湾曲しながら電池セル２１の積層方向に対して斜め方向に延びてもよい。

第５突部５５は、第３突部５３および第４突部５４の間に設けられている。第５突部５５は、第３突部５３と連続して並んでいる。第５突部５５は、第６突部５６と連続して並んでいる。第５突部５５は、第３突部５３および第６突部５６の間に設けられている。第５突部５５は、電池セル２１Ａに向けて突出する。第５突部５５は、電池セル２１Ａと非接触となるように設けられている。電池セル２１Ａに向けて突出する第５突部５５の先端部は、電池セル２１Ａから離れている。第５突部５５は、電池セル２１Ａに向けて突出する先端で湾曲している。

第６突部５６は、第３突部５３および第４突部５４の間に設けられている。第６突部５６は、第４突部５４と連続して並んでいる。第６突部５６は、第４突部５４および第５突部５５の間に設けられている。第６突部５６は、電池セル２１Ｂに向けて突出する。第６突部５６は、電池セル２１Ｂと非接触となるように設けられている。電池セル２１Ｂに向けて突出する第６突部５６の先端部は、電池セル２１Ｂから離れている。第６突部５６は、電池セル２１Ｂに向けて突出する先端で湾曲している。

第１突部５１および電池セル２１Ａの接触面積は、第３突部５３および電池セル２１Ｂの接触面積よりも大きい。第２突部５２および電池セル２１Ｂの接触面積は、第４突部５４および電池セル２１Ａの接触面積よりも大きい。

第５突部５５および電池セル２１Ａの間の隙間の大きさと、第６突部５６および電池セル２１Ｂの間の隙間の大きさとは、同じであってもよいし、異なってもよい。

スペーサ４１（波状部４６）は、複数組の、第１〜第６突部５１〜５６および第１〜第２傾斜部６１〜６２を有する。より具体的には、各第１突部５１の両側には、第１傾斜部６１を介して第３突部５３が設けられ、各第２突部５２の両側には、第２傾斜部６２を介して第４突部５４が設けられている。各第３突部５３および第４突部５４の間には、第５突部５５および第６突部５６が設けられている。

組電池１０は、第１剛体部７１および第２剛体部７２をさらに有する。第１剛体部７１および第２剛体部７２は、スペーサ４１に設けられている。

第１剛体部７１は、第１突部５１から電池セル２１Ｂに向けて突出するように設けられている。第１剛体部７１は、第１突部５１の両側に位置する第１傾斜部６１の間に設けられている。第１剛体部７１は、第１突部５１と、第１突部５１の両側に位置する第１傾斜部６１とがなす谷部分に設けられている。第１剛体部７１は、電池セル２１Ｂと非接触となるように設けられている。第１突部５１から電池セル２１Ｂに向けて突出する第１剛体部７１の先端部は、電池セル２１Ｂから離れている。

第２剛体部７２は、第２突部５２から電池セル２１Ａに向けて突出するように設けられている。第２剛体部７２は、第２突部５２の両側に位置する第２傾斜部６２の間に設けられている。第２剛体部７２は、第２突部５２と、第２突部５２の両側に位置する第２傾斜部６２とがなす谷部分に設けられている。第２剛体部７２は、電池セル２１Ａと非接触となるように設けられている。第２突部５２から電池セル２１Ａに向けて突出する第２剛体部７２の先端部は、電池セル２１Ａから離れている。

第１剛体部７１および第２剛体部７２は、電池セル２１の積層方向の力に対して、少なくともスペーサ４１よりも高い剛性を備える。第１剛体部７１および第２剛体部７２は、電池セル２１の膨張時に電池セル２１と接触した場合に、変形しない程度の剛性を備える。第１剛体部７１および第２剛体部７２を形成する材料は、特に限定されず、たとえば、樹脂であってもよいし、金属であってもよい。樹脂を用いる場合、第１剛体部７１および第２剛体部７２は、スペーサ４１と一体に成形されてもよい。

第１剛体部７１は、複数の第１突部５１のうちの一部の第１突部５１に設けられている。第２剛体部７２は、複数の第２突部５２のうちの一部の第２突部５２に設けられている。このような構成に限られず、第１剛体部７１は、全ての第１突部５１に設けられてもよいし、第２剛体部７２は、全ての第２突部５２に設けられてもよい。また、本実施の形態では、スペーサ４１に第１剛体部７１および第２剛体部７２が設けられる構成について説明したが、スペーサ４１に第１剛体部７１および第２剛体部７２のいずれか一方が設けられる構成としてもよい。

図４は、電池セルの膨張時のスペーサを示す断面図である。図４を参照して、電池セル２１の膨張時、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂの間の距離が短くなり、スペーサ４１が変形する。このとき、第５突部５５は、電池セル２１Ａと接触し、第６突部５６は、電池セル２１Ｂと接触する。第１剛体部７１は、電池セル２１Ｂと接触し、第２剛体部７２は、電池セル２１Ａと接触する。

図５は、図１中の組電池によって奏される作用効果を説明するための断面図である。続いて、図１中の組電池１０によって奏される作用効果について説明する。

図３から図５を参照して、電池セル２１には、製造上の公差により、厚みが小さいものと大きいものとが存在する。スペーサ４１の１つの役割として、電池セル２１の厚みの公差を吸収することにより、複数の電池セル２１をその積層方向において一定の長さで拘束すること（定寸拘束）がある。また、充放電時のＳＯＣ（state of charge）変動や温度変動によって、電池セル２１の膨縮運動が発生する。スペーサ４１の別の役割として、電池セル２１の膨縮時の寸法変動を吸収することがある。

一方、電池性能を維持するため、スペーサ４１から電池セル２１に加わる荷重には上限値が設定されている。上記の定寸拘束において、組電池１０の小型化を実現するには、スペーサ４１のバネ定数を低減すること（低バネ化）が必要である。他方、複数の電池セル２１を一体に拘束するには、スペーサ４１から電池セル２１に対して一定以上の荷重を作用させることが必要である。また、電池セル２１の膨張量が増すに従って、スペーサ４１から電池セル２１に加わる荷重が局所的に増大する。この場合、電極体２３において正極および負極間の距離が不均一となり、内部抵抗がばらつく要因となる。このため、電池セル２１の膨張時、スペーサ４１から電池セル２１に加わる荷重を分散することが求められる。

これに対して、本実施の形態における組電池１０では、荷重変換機構１１０を用いて、電池セル２１からスペーサ４１に加わる力の方向を変換し、バネ部１１５を弾性変形させることによって、スペーサ４１の低バネ化を実現する。

より具体的には、スペーサ４１において、第１突部５１、第１傾斜部６１および第３突部５３が、荷重変換機構１１０を構成し、同様に、第２突部５２、第２傾斜部６２および第４突部５４が、荷重変換機構１１０を構成する。第５突部５５および第６突部５６は、バネ部１１５を構成する。

このような構成において、電池セル２１Ａから第１突部５１に対して電池セル２１の積層方向の力（図５中の矢印１３１に示す力）が加わり、電池セル２１Ｂから第２突部５２に対して、電池セル２１の積層方向の力であって、電池セル２１Ａから第１突部５１に対して加わる力とは反対方向の力（図５中の矢印１３２に示す力）が加わる。

このとき、第１傾斜部６１に、第１突部５１および第３突部５３の間で座屈を引き起こす方向の応力が発生することにより、第１突部５１に加えられた力の一部が、第１傾斜部６１において第３突部５３から第４突部５４に近づく方向の力（図５中の矢印１３３に示す力）に変換される。また、第２傾斜部６２に、第２突部５２および第４突部５４の間で座屈を引き起こす方向の応力が発生することにより、第２突部５２に加えられた力の一部が、第２傾斜部６２において第４突部５４から第３突部５３に近づく方向の力（図５中の矢印１３４に示す力）に変換される。

第３突部５３は、第３突部５３および電池セル２１Ｂの間の摩擦力に抗しながら、第４突部５４に近づく方向に変位し、第４突部５４は、第４突部５４および電池セル２１Ａの間の摩擦力に抗しながら、第３突部５３に近づく方向に変位する。第４突部５４および第３突部５３の変位に伴って、第５突部５５および第６突部５６が弾性変形する。これにより、電池セル２１からスペーサ４１に加わる力の一部を吸収して、スペーサ４１の低バネ化を実現することができる。また、第１傾斜部６１に、第１突部５１および第３突部５３の間で座屈を引き起こす方向の力を発生させ、第２傾斜部６２に、第２突部５２および第４突部５４の間で座屈を引き起こす方向の力を発生させることにより、スペーサ４１から電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂに対して、複数の電池セル２１を一体に拘束するのに必要な一定以上の荷重を作用させることができる。

バネ部１１５は、荷重変換機構１１０から受ける波状部４６の延伸方向の力によって弾性変形可能である。スペーサ４１は、そのバネ部１１５を構成する最小要素として、第５突部５５および第６突部５６を有する。

すなわち、第３突部５３および第４突部５４の間には、第５突部５５および第６突部５６の２つの突部に限られず、さらに多くの突部が設けられてもよい。この場合に、互いに異なる高さを有する突部が設けられてもよい。バネ部１１５は、必ずしも電池セル２１に向けて突出する複数の突部のみから構成されなくてもよい。たとえば、互いに隣り合う突部が、波状部４６の延伸方向に延在する部位により接続されてもよい。

ここで、第１突部５１および第２突部５２の間の全ての突部（すなわち、図５中のスペーサ４１における第３〜第６突部５３〜５６）が電池セル２１と非接触に設けられる場合を想定すると、電池セル２１から第１突部５１および第２突部５２への力の入力を受けても、第１傾斜部６１および第２傾斜部６２において座屈を引き起こす方向の応力を発生させることができない。このため、波状部４６は、波状部４６の延伸方向に広がるように変形する。この場合、スペーサ４１において、複数の電池セル２１を一体に拘束するのに必要な反力が得られなかったり、電池セル２１およびスペーサ４１間の接点を適切にコントロールすることができないといった問題が生じる。

本実施の形態では、スペーサ４１に入力された力の方向を、相対的に剛性の高い第１傾斜部６１および第２傾斜部６２において変換し、その力を相対的に剛性の低い第５突部５５および第６突部５６で受けることによって、スペーサ４１の低バネ化を実現している。このような観点から、第１傾斜部６１が第１突部５１および第３突部５３の間で直線状に延び、第２傾斜部６２が第２突部５２および第４突部５４の間で直線状に延びる構成によって、第１傾斜部６１および第２傾斜部６２の剛性を高めることができる。これにより、荷重変換機構１１０における力の方向の変換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、電池セル２１の膨張時、第５突部５５および第６突部５６が、それぞれ、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂと接触する。

このような構成によれば、スペーサ４１および電池セル２１間の接点が増えることによって、スペーサ４１から電池セル２１に加わる荷重を分散させることができる。これにより、電池セル２１の内部抵抗にばらつきが生じることを抑制できる。また、スペーサ４１の内部応力を分散させて許容応力を増大させたり、スペーサ４１を簡素化したり（低コストの材料の使用や薄肉化など）することができる。

すなわち、本実施の形態では、電池セル２１の膨張量が大きくなり、スペーサ４１から電池セル２１への反力が増大したタイミングで、スペーサ４１および電池セル２１間の接点数を増やす。

電池セル２１Ａおよび第１突部５１の接点の位置、ならびに、電池セル２１Ｂおよび第２突部５２の接点の位置は、スペーサ４１の変形に伴って変化しないことが好ましい。この場合、スペーサ４１の変形の予測性が高まって、電池セル２１およびスペーサ４１間の接点の位置をコントロールし易くなるため、所望の電池性能を実現することができる。

本実施の形態では、第１突部５１および電池セル２１Ａの接触面積が、第３突部５３および電池セル２１Ｂの接触面積よりも大きく、第２突部５２および電池セル２１Ｂの接触面積が、第４突部５４および電池セル２１Ａの接触面積よりも大きい構成によって、第１突部５１の位置が固定されたまま、第３突部５３が第４突部５４に近づく方向に移動し、第２突部５２の位置が固定されたまま、第４突部５４が第３突部５３に近づく方向に移動する現象が得られ易くなる。

図６は、電池セルの内部構造を模式的に示す断面図である。図６を参照して、各電池セル２１において、電極体２３は、セルケース２５の内側面に接触した状態で収容されている。電極体２３で発生した熱は、セルケース２５を通じて、冷却風通路２６（図１および図２を参照のこと）を流れる冷却風に放熱される。

一方、電池セル２１の膨張時、ＳＯＣ変動や温度変動による内圧上昇によってセルケース２５が膨らむと、発熱体である電極体２３がセルケース２５の内側面から離れる。この場合、電極体２３からセルケース２５を通じての放熱が滞り、電池セル２１の冷却効率が低下するおそれがある。本実施の形態では、スペーサ４１の低バネ化の実現によって電池セル２１の膨張の進行を許すことになるため、このような課題の解決が特に強く求められる。

図２から図４を参照して、これに対して、本実施の形態では、電池セル２１の膨張時、第１剛体部７１および第２剛体部７２が、それぞれ、電池セル２１Ｂおよび電池セル２１Ａと接触する。これにより、第１剛体部７１および第２剛体部７２が、電池セル２１の膨張を止めるストッパーとして機能する。結果、電池セル２１の膨張が過剰に進行することを防止して、電池セル２１の冷却効率を高く維持することができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態における組電池１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における組電池１０は、第１電池セルとしての電池セル２１Ａと、電池セル２１Ａに対して積層される第２電池セルとしての電池セル２１Ｂと、電池セル２１Ａに向けて突出する突形状と、電池セル２１Ｂに向けて突出する突形状とが交互に繰り返す波状の断面形状を有し、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂの間に介挿されるスペーサ４１とを備える。電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂの各電池セル２１は、筐体形状を有するセルケース２５と、セルケース２５に収容され、セルケース２５の内側面と接触して設けられる電極体２３とを含む。スペーサ４１は、電池セル２１Ａに向けて突出し、電池セル２１Ａと接触する第１突部５１と、第１突部５１より離れた位置に設けられ、電池セル２１Ｂに向けて突出し、電池セル２１Ｂと接触する第２突部５２と、スペーサ４１が有する複数の突形状のうち第１突部５１と隣り合い、第１突部５１および第２突部５２の間に設けられ、電池セル２１Ｂに向けて突出し、電池セル２１Ｂと接触する第３突部５３と、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂの積層方向に対して斜め方向に延び、第１突部５１および第３突部５３を接続する第１傾斜部６１と、スペーサ４１が有する複数の突形状のうち第２突部５２と隣り合い、第１突部５１および第２突部５２の間に設けられ、電池セル２１Ａに向けて突出し、電池セル２１Ａと接触する第４突部５４と、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂの積層方向に対して斜め方向に延び、第２突部５２および第４突部５４を接続する第２傾斜部６２と、第３突部５３および第４突部５４の間に配置され、それぞれ、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂに向けて突出し、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂと非接触となるように設けられる第５突部５５および第６突部５６とを含む。組電池１０は、スペーサ４１に設けられる第１剛体部７１および第２剛体部７２の少なくとも一方をさらに備える。第１剛体部７１は、第１突部５１から電池セル２１Ｂに向けて突出し、電池セル２１Ｂと非接触となるように設けられる。第２剛体部７２は、第２突部５２から電池セル２１Ａに向けて突出し、電池セル２１Ａと非接触となるように設けられる。電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂの膨張時、第５突部５５および第６突部５６が、それぞれ、電池セル２１Ａおよび電池セル２１Ｂと接触し、第１剛体部７１および第２剛体部７２の少なくともいずれか一方が、電池セル２１Ｂおよび／または電池セル２１Ａと接触する。

このように構成された、この発明の実施の形態における組電池１０によれば、スペーサ４１から電池セル２１に対して、複数の電池セル２１を一体に拘束するのに必要な一定以上の荷重を作用させるとともに、スペーサ４１の低バネ化を実現することができる。スペーサ４１の低バネ化の実現により、複数の電池セル２１の定寸拘束に際して、組電池１０の小型化を図ることができる。また、スペーサ４１の低バネ化に伴って電池セル２１の拘束荷重が低減するため、複数の電池セル２１の拘束に必要となる部品を簡略化したり、製造設備を簡素化したりすることができる。これにより、組電池１０の製造コストを削減することができる。

このようなスペーサ４１において、電池セル２１の膨張時に、スペーサ４１と電池セル２１との接点を増やすことによって、スペーサ４１から電池セル２１に加わる荷重を分散させることができる。これにより、電池セル２１の膨張時にあっても適正な電池性能が得られる組電池１０を実現することができる。

また、本実施の形態では、第１剛体部７１および第２剛体部７２を電池セル２１の膨張を止めるストッパーとして機能させる。これにより、電池セル２１の膨張時にあっても、電池セル２１の冷却効率を高く維持することができる。

今回開示された実施の形態はすべ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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、積層された電池セル間に可撓性を有するスペーサを介挿して、複数の電池セルを一体に拘束する組電池に適用される。

１０組電池、１４ケース体、２１，２１Ａ，２１Ｂ電池セル、２３電極体、２５セルケース、２５ａ頂面、２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ側面、２６冷却風通路、２７正極端子、２８負極端子、４１スペーサ、４３ｐ，４３ｑ枠部、４５ｐ，４５ｑ板状部、４６波状部、５１第１突部、５２第２突部、５３第３突部、５４第４突部、５５第５突部、５６第６突部、６１第１傾斜部、６２第２傾斜部、７１第１剛体部、７２第２剛体部、１１０荷重変換機構、１１５バネ部、１２１，１２２空間。

Claims

第１電池セルと、
前記第１電池セルに対して積層される第２電池セルと、
前記第１電池セルに向けて突出する突形状と、前記第２電池セルに向けて突出する突形状とが交互に繰り返す波状の断面形状を有し、前記第１電池セルおよび前記第２電池セルの間に介挿されるスペーサとを備え、
前記第１電池セルおよび前記第２電池セルの各電池セルは、
筐体形状を有するセルケースと、
前記セルケースに収容され、前記セルケースの内側面と接触して設けられる電極体とを含み、
前記スペーサは、
前記第１電池セルに向けて突出し、前記第１電池セルと接触する第１突部と、
前記第１突部より離れた位置に設けられ、前記第２電池セルに向けて突出し、前記第２電池セルと接触する第２突部と、
前記スペーサが有する複数の突形状のうち前記第１突部と隣り合い、前記第１突部および前記第２突部の間に設けられ、前記第２電池セルに向けて突出し、前記第２電池セルと接触する第３突部と、
前記第１電池セルおよび前記第２電池セルの積層方向に対して斜め方向に延び、前記第１突部および前記第３突部を接続する第１傾斜部と、
前記スペーサが有する複数の突形状のうち前記第２突部と隣り合い、前記第１突部および前記第２突部の間に設けられ、前記第１電池セルに向けて突出し、前記第１電池セルと接触する第４突部と、
前記第１電池セルおよび前記第２電池セルの積層方向に対して斜め方向に延び、前記第２突部および前記第４突部を接続する第２傾斜部と、
前記第３突部および前記第４突部の間に配置され、それぞれ、前記第１電池セルおよび前記第２電池セルに向けて突出し、前記第１電池セルおよび前記第２電池セルと非接触となるように設けられる第５突部および第６突部とを含み、さらに、
前記スペーサに設けられる第１剛体部および第２剛体部の少なくとも一方を備え、
前記第１剛体部は、前記第１突部から前記第２電池セルに向けて突出し、前記第２電池セルと非接触となるように設けられ、
前記第２剛体部は、前記第２突部から前記第１電池セルに向けて突出し、前記第１電池セルと非接触となるように設けられ、
前記第１電池セルおよび前記第２電池セルの膨張時、前記第５突部および前記第６突部が、それぞれ、前記第１電池セルおよび前記第２電池セルと接触し、前記第１剛体部および前記第２剛体部の少なくともいずれか一方が、前記第２電池セルおよび／または前記第１電池セルと接触する、組電池。