JP2018029017A - 耐衝撃蓄電モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
複数の金属ラミネート樹脂フィルム製の外装体にそれぞれ収納されている扁平形状を有する蓄電素子を複数積層して成るセルスタックと、
前記セルスタックの積層方向の両端に設置される一対のエンドプレートと、
前記エンドプレートと前記セルスタックの間に設置されるスライダーと、
前記エンドプレートに接続されて前記セルスタックに加圧力Fを与える締結体と、
を有する蓄電モジュールであって、
前記スライダーと前記エンドプレートの間または前記スライダーと前記セルスタックの間のいずれかの有効接触面積Aと、
前記スライダーの摩擦係数μと、
前記外装体の断面積aと、
前記金属ラミネート樹脂フィルムの降伏応力Hと、
の間に、μAF<Haの関係を有することを特徴とする蓄電モジュール。
[2]
前記スライダーは、絶縁性を有し、かつ前記エンドプレートと前記セルスタックを絶縁する、[1]に記載の蓄電モジュール。
[3]
前記セルスタックは、前記締結体に係止される、[1]または[2]に記載の蓄電モジュール。
[4]
前記締結体と前記セルスタックの間は、絶縁体を介して係止される、[3]に記載の蓄電モジュール。
[5]
隣り合う複数の前記蓄電素子が接着されて積層して成る、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の蓄電モジュール。
[6]
隣り合う複数の前記蓄電素子の間に、保持板が配置され、其々が接着されて積層して成る、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の蓄電モジュール。
[7]
隣り合う複数の前記蓄電素子の間に、保持板が配置され、其々が接着されて積層して成り、かつ前記保持板は、前記締結体と前記絶縁体を介して係止される、[4]に記載の蓄電モジュール。
図1は、本実施の形態に係る蓄電モジュール10の一例を示しており、蓄電モジュール10は、蓄電素子1を厚み方向に12個積層して成るセルスタック2と、セルスタック2の積層方向の両端に設置される一対のエンドプレート3と、エンドプレート3とセルスタック2との間に設置されるスライダー4と、エンドプレート同士を連結するように接続される締結体5から構成される。また、図示されていない外装ケース、蓄電素子電圧制御回路基板、外部端子などが蓄電モジュール10に取り付けられてもよい。尚、セルスタック2は、12個の蓄電素子1を積層して成るが、蓄電素子1の数は限定されるものではない。
一対のエンドプレート3とセルスタック2との間には、滑り性を有するスライダー4が配置される。スライダー4はエンドプレート3かセルスタック2のいずれか一方に接着や粘着などの方法で固定されるが、両方には固定されない。またスライダー4は、鉄、アルミニウム、銅などを主成分とする金属材料か、もしくは樹脂材料によって構成される板状もしくはフィルム状の部材であり、その表面に滑り性を有している。
本発明のスライダー4では、一例として、厚さ0.5mmのポリカーボネート製のスライダーで摩擦係数μが0.47のものを選択し、セルスタック2の両端に固定した。
ここで蓄電モジュール10に掛かる衝撃について説明する。蓄電モジュール10は、使用される環境に対応した耐衝撃性を有することが求められている。例えば、自動車や建設機械などの用途では急速な加減速・慣性によって、蓄電モジュール10に激しい衝撃が加わることが想定されるが、この衝撃の最大値を衝撃Gとする。
図3はセルスタック2が締結体5に係止される様子を示した斜視図である。説明を簡略化する為、電極リード6とエンドプレート3は図示していない。セルスタック2は、外部から蓄電モジュール1に衝撃・振動が加わったとき、セルスタック2が大きく変位して破損しないようにする為に、締結体5に係止されている。スライダー4はセルスタック2の両端に接着固定されている。セルスタック2は、蓄電素子1の周囲に位置するアルミラミネートフィルム材を融着シールしている部分にU字型の切欠きが設けられており、その部分で4本の円柱状の締結体5と係止されている。
図5は、保持板8が配置された蓄電モジュール10の側面図を示している。保持板8は、蓄電素子1と隣り合う蓄電素子1との間に配置され、保持板8と蓄電素子1とは接着されている。接着の方法は、前述の蓄電素子1と蓄電素子1の接着の方法と同じであるが、保持板8に用いられる材質によって適宜、接着剤成分を選択することができる。本実施の形態では、アクリル樹脂材料を用いた両面粘着テープによって接着した。尚、セルスタック2の両端に位置する蓄電素子1とスライダー4との間に保持板8を配置してもよい。
[振動試験]
上記で説明した蓄電モジュール10(特に図6の形態)で振動試験を実施した。このときのμ、A及びFの各値は、μ=0.47、A=200cm2、F=0.03MPaであり、μAF=282Nである。
また、H=30.7MPa、a=13.8mm2であり、Ha=423.7Nである。
スライダー4の材料及び摩擦係数を変更すること以外は実施例1と同様の方法で振動試験を実施した。各条件と振動試験の結果の一覧を下記表1に示す。振動試験の結果が○であることは、セルスタック2の両端に位置する蓄電素子1に損傷が無いことを示している。本実施例の結果、μAF<Haの範囲で安全性の高い蓄電モジュールが提供された。
実施例1,2,3の蓄電モジュールの形態において、振動試験の振動方向をy軸に替えて衝撃Gyを印加した。このとき、蓄電素子の外装体に加わる衝撃方向も変化するため、外装体の断面積aは16.8mm2であった。これら以外は実施例1,2,3と同様の方法で振動試験を実施した。各条件と振動試験の結果の一覧を下記表1に示す。振動試験の結果が○であることは、セルスタック2の両端に位置する蓄電素子1に損傷が無いことを示している。本実施例の結果、μAF<Haの範囲で安全性の高い蓄電モジュールが提供された。
スライダー4の材料をアルミニウム合金板(A5052P)に変更すること、及びそれに伴う摩擦係数を変更すること以外は実施例1と同様の方法で振動試験を実施した。各条件と振動試験の結果を下記表1に示す。振動試験の結果が×であることは、不良が生じたことを示している。振動試験の結果、セルスタック2の両端に位置する蓄電素子1は、外装体が損傷し、内部の電極積層体がずれていた。
比較例1の蓄電モジュールの形態において、実施例4,5,6と同様の試験方法で、衝撃Gyを印加した。各条件と振動試験の結果の一覧を下記表1に示す。振動試験の結果が○であることは、セルスタック2の両端に位置する蓄電素子1に損傷が無いことを示している。本実施例の結果、μAF<Haの範囲で安全性の高い蓄電モジュールが提供された。
実施例1の蓄電モジュールの形態において、スライダー4を配置せずに、セルスタック2の両端に位置する蓄電素子1をエンドプレート3に両面粘着テープを用いて接着固定した状態で実施例1に記載の振動試験を実施した。尚、両面粘着テープの表面の摩擦係数を測定した結果、μ=1.48であった。また、加圧力Fを0.02MPaに変更した。尚、加圧力Fの値は蓄電素子1の充放電性能及び劣化特性に影響を与えることから、0.02MPa未満の値にすることはできなかった。各条件と振動試験の結果を下記表1に示す。振動試験の結果が×であることは、不良が生じたことを示している。振動試験の結果、セルスタック2の両端に位置する蓄電素子1は、外装体が損傷し、内部の電極積層体がずれていた。
2 セルスタック
3 エンドプレート
4 スライダー
5 締結体
6 電極リード
7 サポート部品A
8 保持板
9 サポート部品B
10 蓄電モジュール
Claims (7)
- 複数の金属ラミネート樹脂フィルム製の外装体にそれぞれ収納されている扁平形状を有する蓄電素子を複数積層して成るセルスタックと、
前記セルスタックの積層方向の両端に設置される一対のエンドプレートと、
前記エンドプレートと前記セルスタックの間に設置されるスライダーと、
前記エンドプレートに接続されて前記セルスタックに加圧力Fを与える締結体と、
を有する蓄電モジュールであって、
前記スライダーと前記エンドプレートの間または前記スライダーと前記セルスタックの間のいずれかの有効接触面積Aと、
前記スライダーの摩擦係数μと、
前記外装体の断面積aと、
前記金属ラミネート樹脂フィルムの降伏応力Hと、
の間に、μAF<Haの関係を有することを特徴とする蓄電モジュール。 - 前記スライダーは、絶縁性を有し、かつ前記エンドプレートと前記セルスタックを絶縁する、請求項1に記載の蓄電モジュール。
- 前記セルスタックは、前記締結体に係止される、請求項1または2に記載の蓄電モジュール。
- 前記締結体と前記セルスタックの間は、絶縁体を介して係止される、請求項3に記載の蓄電モジュール。
- 隣り合う複数の前記蓄電素子が接着されて積層して成る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電モジュール。
- 隣り合う複数の前記蓄電素子の間に、保持板が配置され、其々が接着されて積層して成る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電モジュール。
- 隣り合う複数の前記蓄電素子の間に、保持板が配置され、其々が接着されて積層して成り、かつ前記保持板は、前記締結体と前記絶縁体を介して係止される、請求項4に記載の蓄電モジュール。
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