JP2018037385A

JP2018037385A - 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法

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Publication number: JP2018037385A
Application number: JP2016172317A
Authority: JP
Inventors: 良太道畑; Ryota Michihata; 文隆今村; Fumitaka Imamura
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2016-09-02
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-03-08

Abstract

【課題】電池に対する押圧力のムラを発生させることなく、電池の平坦部を均一に押圧することができる蓄電素子の提供を目的とする。【解決手段】本発明の蓄電装置は、平坦部を有する電池と、上記電池を収納し、一対の壁を有する筐体と、上記平坦部の略垂直方向に一対の壁に対して変位する押圧部と、を備え、上記押圧部の一部により上記平坦部が押圧されている。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

近年、車両等の移動体の動力源として、直列に連結した複数の二次電池を備える組電池（蓄電装置）が用いられている。このような組電池にあっては、複数の二次電池をその平坦部同士が対面するよう積層し、この複数のバッテリの積層方向の両端にエンドプレートを配置し、そのエンドプレート間を複数のシャフトで締結することで、複数の二次電池を一体化したものが公知である（例えば特開２０１０−０４０２９５号公報参照）。

特開２０１０−０４０２９５号公報

しかし、上述のようにシャフトを用いて複数の二次電池を一体化したものでは、複数のシャフトのトルクを調整する必要があり、トルクがずれると二次電池の各箇所に係る圧力にムラが生じる可能性がある。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、電池に対する押圧力のムラを発生させることなく、電池の平坦部を均一に押圧することができる蓄電素子の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた発明の一態様は、平坦部を有する電池と、上記電池を収納し、一対の壁を有する筐体と、上記平坦部の略垂直方向に一対の壁に対して変位する押圧部と、を備え、上記押圧部の一部により上記平坦部が押圧されている、蓄電装置である。

本発明の蓄電素子は、電池に対する押圧力のムラを発生させることなく、電池の平坦部を均一に押圧することができる。

図１は、本発明の一実施形態における蓄電装置を示す模式的平面図である。図２は図１の蓄電装置の電極体を説明するための模式的斜視図である。図３は、図１の蓄電装置を示す模式的側面図である（バスバーの図示を省略している）。図４は、図１の蓄電装置を示す模式的斜視図である（バスバーの図示を省略している）。図５は、図１の蓄電素子の筐体を示す模式的斜視図である。図６は、平坦部の略垂直方向から見た電極体と板部との位置関係を説明するための説明図である。図７は、図１の蓄電素子の製造方法の一工程を示す模式的平面図である。図８は、図１の蓄電素子の製造方法の一工程を示す模式的平面図である。図９は、図１の蓄電素子の製造方法の一工程を示す模式的平面図である。図１０は、図１の蓄電素子の製造方法の一工程を示す模式的平面図である。

本発明の一態様の蓄電装置は、平坦部を有する電池と、上記電池を収納し、一対の壁を有する筐体と、上記平坦部の略垂直方向に一対の壁に対して変位する押圧部と、を備え、上記押圧部の一部により上記平坦部が押圧されている。

当該蓄電装置は、上記押圧部が上記一対の壁に対して上記平坦部の略垂直方向に変位することで、上記押圧部が上記平坦部を押圧し、従来のシャフトを用いるものに比べて、電池に対する押圧力のムラを発生させることなく、電池の平坦部を均一に押圧することができる。

また、上記従来のシャフトを用いるもの以外に箱状の筐体に複数の電池を並べて収納するものもあり、この場合は電池間に備えたスペーサーをハンマー等によって電池間に打ち込んで電池に対する押圧力を得るものもある。この従来の蓄電装置に比べて当該蓄電装置は、電池を破損する可能性がなく、容易かつ確実に電池に押圧力を作用させることができる。

当該蓄電装置は、上記電池は極板が積層された電極体を有し、上記電池が上記極板の積層方向に押圧されているとよい。このように上記電池が上記極板の積層方向に押圧されることで、充放電時の極板の膨張収縮によって極板間の距離が離れることを防ぎ、その結果、電池特性を良好にする。

上記押圧部は板部を有し、上記板部により上記平坦部が押圧されており、上記平坦部の略垂直方向の投影にて上記板部の面が上記電極体の面内であるとよい。これにより、上記押圧部は、電極体を的確に押圧して、それ以外の部位は押圧しない。このため、例えば、本体部と蓋部とがレーザー溶接された外装体を用いた場合において、レーザー溶接部を押圧することで溶接に負荷がかかり気密性が下がることを抑制することができる。また、電極体を押圧することで、電池内での電極体の振動等を防ぐことができるので、電極体と接続された部材、例えば、端子と電極体とを接続する接続部材などとの接続不良の発生することを防ぐことができる。

当該蓄電装置は、複数の上記電池を有し、複数の上記電池は、隣り合う電池と互いに上記平坦部を対向して配列されており、上記押圧部により配列の一方の端に配置される電池の平坦部が押圧されているとよい。これにより、複数の電池のうち端の電池を押圧するのみで他の電池を押圧することができる。

上記押圧部が上記一対の壁の一方を貫通するボルトを有し、上記ボルトが変位するとよい。このように変位させる部分をボルトとすることでトルク調整が容易であり、規定の面圧を電池に容易かつ確実に作用させることができる。

当該蓄電装置は、上記ボルトの回転を係止する係止部を有するとよい。これにより、上記係止部によってボルトのトルクが緩むことを抑制でき、このため電池に作用する規定の面圧を好適に維持することができる。

以下、本発明に係る蓄電装置の一実施形態について図面を参照しつつ詳説する。

［蓄電装置］
図１〜６は、本発明の一実施形態の蓄電装置を示す。当該蓄電装置は、図１〜６に示すように、平坦部２を有する電池１と、上記電池１を収納し、一対の壁９ａ，９ｂを有する筐体８と、上記平坦部２の略垂直方向に一対の壁９ａ，９ｂに対して変位する押圧部１６と、を備えている。上記平坦部２は、上記押圧部１６の一部により押圧されている。なお、略垂直とは、垂直から１５°以内のことを示す。

＜電池＞
当該蓄電装置にあっては、複数の上記電池１を有し、複数の上記電池１が上記筐体８に収納されている。上記電池１は、図１に示すように、それぞれ平行な一対の上記平坦部２を有し、また一対の平坦部２の両端をそれぞれ連結する湾曲した一対の側壁部３を有している。つまり、上記電池１は、平面視扁平型の形状を有している。

複数の上記電池１は、隣り合う電池１と互いに上記平坦部２が対向して配列されており、配列の一方の端に配置される電池１の平坦部２が上記押圧部１６によって押圧されている。複数の上記電池１の上記平坦部２間には平板状のスペーサー４が介在されている。複数の上記電池１は、互いに平坦部２が対向するよう整列されており、この整列された複数の上記電池１は、複数列（図示例では２列）配されている。具体的には、複数の上記電池１は、図示例では４つの上記電池１が二列で整列して、上記筐体８に収納されている。複数の上記電池１は、直列に連結される。つまり、当該蓄電装置は組電池である。具体的には、図１に示すように、複数の上記電池１はバスバー１５によって電気的に接続されている。

上記電池１は、図２に示すように極板７１，７２が積層された電極体７を有し、上記電池１が上記極板７１，７２の積層方向に図１に示すように上記押圧部１６によって押圧されている。具体的には、上記電池１は、上記電池１の外形を構成する外装体５と、上記外装体５に収容された上記電極体７とを有している。上記電極体７は、図２に示すように正極板７１と負極板７２とこれらを絶縁するセパレータ７３とを有し、正極板７１と負極板７２とがセパレータ７３を交互に介して積層されたものである。電極体は、極板及びセパレータを備える複数のシート体を重ねた積層体であってもよく、極板及びセパレータを備えるシート体を巻回した巻回体であってもよい。

上記電極体７が正極板７１と負極板７２とをセパレータ７３を介して巻回された巻回体である場合、図２のように、電極体７にて一対の平面領域７ａと一対の湾曲領域７ｂとを有する。外装体５の平坦部と電極体７の平面領域７ａとが略平行になるように、電極体７が外装体５に挿入されている。よって、本発明の一態様である「極板の積層方法に押圧されている」態様は、電極体７の平面領域７ａが押圧されている態様であり、電極体７の湾曲領域７ｂが押圧されている態様ではない。

上記外装体５には、正極集電体又は負極集電体と接続され、外部と通電する端子６が設けられている。さらに、上記外装体５内には、電解液が充填される。

＜筐体＞
筐体８は、対向する少なくとも一対の上記壁９ａを有し、この一対の壁９ａの幅（間隔）は変化しない。図１に示す筐体８は、上記一対の壁９ａのほかに、対向する他対の壁９ｂを有している。つまり、筐体８は、対向する二対の上記壁９ａ，９ｂを有している。対向する壁９ａ，９ｂは、互いに平行に対向して設けられている。また、上記壁９ａ，９ｂは、隣接する上記壁９ｂ，９ａと垂直に設けられている。つまり、上記筐体８は、平面視方形の形状を有する。また、上記筐体８は、図５に示すように底１０を有している。

上記筐体８には、図１に示すように、二対のうち一方の一対の上記壁９ａと上記平坦部２が平行となるよう複数の上記電池１が収納されている。上記平坦部２と平行な一対の上記壁９ａのうち一方には、後述する押圧部１６のボルト１８が挿通される孔が形成されている。

上記ボルト１８の挿通される孔が形成された上記壁９ａの対向する壁９ａ（他方の壁）は、複数の上記電池１のうち他方の端に配列される電池１（上記押圧部１６によって押圧される一方の端の電池１の他方側の端の電池１）を他方側から（他方の壁９ａから一方の壁９ａに向けて）支持している。つまり、互いに平坦部２が対向して整列された複数の上記電池１は、上記押圧部１６及び他方の壁９ａによって挟持され、これにより複数の上記電池１に押圧力が作用している。

また、上記筐体８には、上記平坦部２と平行でない壁９ｂ（他対の壁９ｂ）と平行な仕切板１４が設けられており、この仕切板１４によって複数列の上記電池１の収納スペースが区画されている。この仕切板１４によって区画された収納スペース一つに対して一つの上記ボルト１８の挿通される孔が形成されている。なお、この孔は、各収納スペースに対して複数設けることも可能である。

＜押圧部＞
上記押圧部１６は、上記一対の壁９ａ（上記平坦部２に平行な壁９ａ）に対して上記平坦部２の略垂直方向に変位することで、上述のように上記押圧部１６が上記平坦部２を押圧している。

上記押圧部１６は、板部１７を有し、上記板部１７により上記平坦部２が押圧されている。この板部１７は、後述するボルト１８の先端が回転可能に収納される凹部１７ａが形成されている。上記平坦部２の略垂直方向の投影にて上記板部１７の面が上記電極体の面内である（図６参照）。さらには、上記板部１７の面の面積が上記電極体の面の面積より小さい。具体的には、板部１７は、上記平坦部２と平行に配され、変位することで上記電極体７を押圧する。なお、上記板部１７の面の面積が上記電極体７の面の面積より小さいとは、上記板部１７と電池とが直接接する面積、または、スペーサーを介して間接的に接する面積が小さいことを示す。例えば、上記板部が面積の異なる２つの板を重ねた形態であった場合、電池と接している方の板部の面積が上記電極体の面の面積より小さい。

電極体７が極板７１，７２を巻回した巻回体である場合における上記押圧部１６による押圧箇所についてより言及する。まず、電極体７の平面領域７ａの幅方向（シート体の長手方向）における押圧部１６の押圧箇所に関し、電極体７の平面領域７ａと一対の湾曲領域７ｂとの境界Ｘ（電極体のＲ頂点）の間であって、この境界Ｘより所定距離以上中央側の領域を押圧部１６が押圧することが好ましい。電極体７の平面領域７ａと湾曲領域７ｂとの境界Ｘ（電極体のＲ頂点）は、反発力が強いため大きい押圧力が作用した際に極板の破損のおそれがあるが、上記所定距離あけた箇所を押圧することで、極板７１，７２の破損を的確に抑制しつつ電極体７に的確な押圧力を作用することができる。ここで、上記所定距離の下限としては、７ｍｍが好ましく、９ｍｍがより好ましい。電極体７の平面領域７ａと湾曲領域７ｂとの境界Ｘ（電極体のＲ頂点）より上記所定距離以内の箇所も反発力が強く、このため、上記所定距離を上記下限以上とすることで、極板７１，７２の破損をより的確に抑制しつつ電極体７により的確な押圧力を作用することができる。また、上記所定距離の上限としては、２０ｍｍが好ましく、１５ｍｍがより好ましい。上記所定距離を上記上限以下とすることで、電極体７の押圧領域が狭くなり過ぎず、電極体７の平面領域７ａの広範囲を的確に押圧することができる。

次に、電極体７が外面に合材塗布部７ｄを有する場合、電極体７の平面領域７ａの上下方向（シート体の幅方向）における押圧部１６の押圧箇所について説明する。この場合、上記合材塗布部７ｄの上縁及び下縁との間であって、この上縁及び下縁より所定距離中央側の領域を上記押圧部１６によって押圧することが好ましい。これにより板部１７の押圧力による合材塗布部７ｄの破損を抑制することができる。ここで、上記所定距離の下限としては、７ｍｍが好ましく、９ｍｍがより好ましい。上記所定距離を上記下限以上とすることで、上記合材塗布部７ｄの破損をより的確に抑制することができる。また、上記所定距離の上限としては、２０ｍｍが好ましく、１５ｍｍがより好ましい。上記所定距離を上記上限以下とすることで、電極体７の押圧領域が狭くなり過ぎず、電極体７の平面領域の広範囲を的確に押圧することができる。

なお、図示例では、上記電池１の上記平坦部２と上記板部１７との間に平板状のスペーサー４が介在されている。また、上記板部１７の材質は、電池１に対して十分な押圧力を付与できる強度を有するものである限り特に限定されるものではないが、例えばステンレス鋼等の金属製であることが好ましい。

上記押圧部１６は、上記一対の壁９ａの一方を貫通するボルト１８を有し、上記ボルト１８が変位する。当該蓄電装置は、上記ボルト１８の回転を係止する係止部１９，２１を有している。係止部１９，２１としては、図示例では筐体８の外側の係止部１９としてダブルナットを用い、筐体８の内側の係止部２１としてナットを用いている。上記ボルト１８は上記係止部１９，２１に螺着され、回転されることで上記壁９ａに対して変位する。上記ボルト１８の先端に上記板部１７が配され、ボルト１８の先端は上述のように板部１７の凹部１７ａに回転可能に収納されている。このため、上記ボルト１８が壁９ａに対して上記平坦部２側に変位することで、上記板部１７が上記平坦部２側に対して押圧力が付与する。

上記ボルト１８は、上記電池１に規定面圧が作用するよう所定の締め付けトルクで上記壁９ａ（のガイド孔１１）に螺着される。締め付けトルクは、電池の使用状況（振動の発生頻度等）や電池の大きさ、電池の数等によって適宜決めることができる。

＜製造方法＞
当該蓄電装置は、例えば上記電池１を上記筐体８に収納する工程と、上記平坦部２の略垂直方向に上記筐体８の壁９ａに対して上記押圧部１６を変位させる工程と、上記押圧部１６の一部により上記平坦部２を押圧する工程とを備える製造方法により得ることができる。また、当該蓄電装置の製造方法は、上記押圧工程後に上記押圧部１６の上記ボルト１８の回転を上記係止部１９によって係止する工程を備えるとよい。

上記収納工程は、図７に示すように上記筐体８に複数の上記電池１を整列させて収納する工程である。

上記押圧部変位工程は、図８に示すように上記押圧部１６の上記ボルト１８を回転させる工程である。この押圧部変位工程では、上記ボルト１８の先端に上記板部１７を配し、上記ボルト１８の回転によって上記板部１７が上記電池１側に変位する。また、上記ボルト１８を回転させるために、上記ボルト１８にトルクをかけることのできる取手２０をセットし、この取手２０にトルクレンチ等によってトルクをかけることで上記ボルト１８を回転させる。

上記押圧工程は、図９に示すように、上記板部１７に上記平坦部２を押圧させる工程である。具体的には、上記押圧部変位工程によって上記板部１７を上記平坦部２に当接させた後に、さらにボルト１８を回転させることで、上記電池１に所定の面圧を作用させる。

上記係止工程は、上述のように上記電池１に所定の面圧を与えた後に上記係止部１９，２１によって上記ボルト１８の回転を係止する工程である。この係止工程後に、図１０に示すように、上記取手２０を離脱する。このようにボルト１８にトルクを作用させる離脱可能な取手２０を用いることで、製造後の蓄電装置のサイズを小さくすることができる。

［用途］
当該蓄電装置は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の自動車等の種々の移動体における電源として用いることができる。

［その他の実施形態］
本発明の蓄電装置は、上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記蓄電装置は、一つの電池のみが筐体に収納されていても良い。また、複数の電池１が隣り合う電池１と互いに上記平坦部２を対向して配列されている場合であっても、上記スペーサーを有さないものであっても良い。

上記実施形態において、上記電池１は極板が積層された電極体を有するものについて説明したが、本発明はこれに限定されず、平坦部を有する種々の電池を採用することができる。なお、上記電池は極板が積層された電極体を有する場合は、上記電池が上記極板の積層方向に押圧されていることが好ましい。

上記実施形態では筐体８が平面視方形の形状を有するものについて説明したが、筐体とは少なくとも距離が変位しない一対の壁を有していればよく、他の面にて壁を有している必要はない。例えば、一対の壁を変位しないシャフト等で連結させている形態も含む。

上記実施形態では、一対の平坦部および一対の湾曲部を有する筒形状の電池について説明したが、電池の形状はこれに限定されない。例えば、形状が直方体の電池であっても良い。

上記実施形態は、押圧部１６が板部１７及びボルト１８を有するものについて説明したが、押圧部の具体的構成はこれに限定されない。さらに、押圧部１６が上記実施形態のような板部１７及びボルト１８を有する場合であっても、板部及びボルトとの間に両者を連結する他の部材が存在しても良い。

また、上記実施形態においては、係止部として、筐体の外側及び内側に配したダブルナット及びナットを採用したものについて説明したが、ジャムナット、ロックワイヤー等を採用することも可能である。また、係止部としてナットを用いる場合であっても、上記実施形態のように筐体の外側及び内側双方に設けるものに限定されず、例えば壁にボルトが螺合されるガイド孔を形成し、壁の外側のみに係止部としてのナット又はダブルナットを配することも可能である。なお、上述のようなガイド孔は、上記壁の壁面を構成する板材と別部材から構成することができる。具体的には、内面に雌螺子の形成された筒状部材から構成し、この筒状部材を上記板材に固着することで、上記ガイド孔を形成することができる。この筒状部材の固着方法としては、例えばねじ止め、圧着かしめ等を採用可能である。

以上のように、本発明に係る蓄電装置は、電池の平坦部を均一に押圧することができるため、自動車等の種々の移動体における電源として好適に用いられる。

１電池
２平坦部
３側壁部
４スペーサー
５外装体
６端子
７電極体
７ａ平面領域
７ｂ湾曲領域
８筐体
９ａ，９ｂ壁
１０底
１３板材
１４仕切板
１５バズバー
１６押圧部
１７板部
１７ａ凹部
１８ボルト
１９係止部
２０取手
７１正極板
７２負極板
７３セパレータ

Claims

平坦部を有する電池と、
上記電池を収納し、一対の壁を有する筐体と、
上記平坦部の略垂直方向に一対の壁に対して変位する押圧部と、を備え、
上記押圧部の一部により上記平坦部が押圧されている、
蓄電装置。
上記電池は極板が積層された電極体を有し、
上記電池が上記極板の積層方向に押圧されている、
請求項１に記載の蓄電装置。
上記押圧部は板部を有し、
上記板部により上記平坦部が押圧されており、
上記平坦部の略垂直方向の投影にて上記板部の面が上記電極体の面内である、
請求項１又は２に記載の蓄電装置。
複数の上記電池を有し、
複数の上記電池は、隣り合う電池と互いに上記平坦部を対向して配列されており、
上記押圧部により配列の一方の端に配置される電池の平坦部が押圧されている、
請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電装置。
上記押圧部が上記一対の壁の一方を貫通するボルトを有し、
上記ボルトが変位する、
請求項１〜４のいずれかに記載の蓄電装置。
上記ボルトの回転を係止する係止部を有する、
請求項５に記載の蓄電装置。
平坦部を有する電池と、
上記電池を収納し、一対の壁を有する筐体と、
上記電池を押圧する押圧部と、を備え、
上記押圧部が上記一対の壁に対して上記平坦部の略垂直方向に変位することで、上記押圧部が上記平坦部を押圧している、
蓄電装置の製造方法。