JP2021111503A

JP2021111503A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2021111503A
Application number: JP2020002179A
Authority: JP
Inventors: 泰有秋山; Yasunari Akiyama
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-08-02
Anticipated expiration: 2040-01-09
Also published as: JP7351227B2

Abstract

【課題】熱暴走が生じた蓄電モジュールの熱が他の蓄電モジュールに伝わることを抑制した蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１は、少なくとも複数の蓄電モジュール１１を含む複数の部材が積層されたモジュール積層体２と、密閉空間ＳＳを構成し、該密閉空間ＳＳ内でモジュール積層体２を積層方向に拘束する筐体４と、を備え、筐体４は、密閉空間ＳＳの内圧の上昇に伴って、少なくとも積層方向におけるモジュール積層体２の拘束力が低下するように変形する。【選択図】図１

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

複数の蓄電モジュールを備えた蓄電装置が知られている（例えば特許文献１）。この蓄電装置では、密閉された空間内に複数の蓄電モジュールが配置されている。

特開２０１５−２１９９８４号公報

蓄電モジュールでは、内部短絡等を原因としてモジュール内の部材が発熱する場合がある。この場合、蓄電モジュールの温度制御ができずに、蓄電モジュールの発熱が継続することで蓄電モジュールが高温に達する、いわゆる熱暴走という現象が起こり得る。例えば、複数の蓄電モジュールが互いに熱伝導可能な状態で積層されている場合、一の蓄電モジュールが熱暴走すると、熱暴走した蓄電モジュールの熱の影響によって他の蓄電モジュールでも熱暴走が起こる可能性がある。

本開示は、熱暴走が生じた蓄電モジュールの熱が他の蓄電モジュールに伝わることを抑制した蓄電装置を提供する。

本開示の一側面に係る蓄電装置は、少なくとも複数の蓄電モジュールを含む複数の部材が積層されたモジュール積層体と、密閉空間を構成し、該密閉空間内でモジュール積層体を積層方向に拘束する筐体と、を備え、筐体は、密閉空間の内圧の上昇に伴って、少なくとも積層方向におけるモジュール積層体の拘束力が低下するように変形する。

上記蓄電装置では、複数の蓄電モジュールのうちのいずれかにおいて熱暴走が生じると、熱暴走に起因して密閉空間の内圧が上昇し得る。この場合、筐体が変形することによって、積層方向におけるモジュール積層体の拘束力が低下する。通常、モジュール積層体では、複数の蓄電モジュールを含む複数の部材が積層されており、積層方向にモジュール積層体が押圧されていることで、互いに隣り合う部材同士の間に間隙が生じないようになっている。モジュール積層体に働く拘束力が低下した場合には、互いに隣り合う部材同士の接触面積が小さくなる。したがって、熱暴走が生じた蓄電モジュールの熱が他の蓄電モジュールに伝わることが抑制される。

筐体は、モジュール積層体における積層方向に沿って延在する側壁を含み、モジュール積層体と側壁との間には、モジュール積層体及び側壁の両方に接触した中間部材が設けられていてもよい。この構成では、モジュール積層体に働く拘束力が低下した場合であっても、蓄電モジュールが積層方向に交差する方向に移動することが抑制される。

筐体は、積層方向において側壁の両端に設けられ、モジュール積層体を拘束する一対の挟持部を有し、積層方向において少なくとも側壁の一端に設けられた挟持部は、密閉空間の内圧の上昇に伴って、モジュール積層体から離間する方向に変形してもよい。この構成では、挟持部がモジュール積層体から離間する方向に変形することによって、積層方向に沿って、蓄電モジュール同士の間に隙間が形成されやすい。

側壁の一端に設けられた挟持部は、押圧部を有する。押圧部は、密閉空間の内圧の上昇前において、側壁の一端よりもモジュール積層体に近い位置にあり、密閉空間の内圧上昇により、側壁の一端よりもモジュール積層体から遠い位置になる。この構成では、圧力の変動によって側壁の端部に対する押圧部の位置が反転するため、積層方向において蓄電モジュール間の隙間寸法を広げやすい。

押圧部は、押圧部を囲む接続部を介して側壁に接続されており、接続部の弾性は、筐体の他の部分に比べて大きい。この構成では、接続部が外力の影響によって変形しやすいため、内圧上昇に伴って押圧部の状態が変形しやすい。

互いに積層される前記蓄電モジュール同士の間には、前記蓄電モジュール同士を互いに離間する方向に付勢する離間部材が配置されている。この構成では、内圧上昇に伴って筐体が変形した際に、離間部材の作用によって蓄電モジュール同士を互いに離間させやすい。

本開示によれば、熱暴走が生じた蓄電モジュールの熱が他の蓄電モジュールに伝わることを抑制できる蓄電装置が提供され得る。

図１は、一例に係る蓄電装置を示す概略断面図である。図２は、図１の蓄電装置に含まれる蓄電モジュールの概略断面図である。図３は、図１の蓄電装置において、筐体が変形した状態を示す概略断面図である。図４は、他の例に係る蓄電装置を示す概略断面図である。図５は、図４の蓄電装置において、筐体が変形した状態を示す概略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

図１に示される蓄電装置１は、例えば、フォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の各種車両のバッテリとして用いられ得る。蓄電装置１は、モジュール積層体２と、モジュール積層体２を収容する筐体４と、を備える。以下、筐体４内におけるモジュール積層体２の積層方向をＺ方向とし、Ｚ方向と交差（例えば直交）する方向をＸ方向とし、Ｚ方向及びＸ方向と交差（例えば直交）する方向をＹ方向とする。一例において、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は上下方向（鉛直方向）であってよい。

モジュール積層体２は、蓄電モジュール１１と、正極集電板３１と、負極集電板３３と、熱交換器３０とを含んでいる。一例では、複数（図示例では２つ）の蓄電モジュール１１のそれぞれが正極集電板３１と負極集電板３３とに挟まれている。蓄電モジュール１１は熱交換器３０間に挟まれた位置に配置されている。モジュール積層体２を構成する各部材（蓄電モジュール１１、正極集電板３１、負極集電板３３、熱交換器３０）同士は、例えば互いに離間可能に積層されていてもよい。

蓄電モジュール１１は、Ｚ方向から見て例えば略矩形状を呈する。蓄電モジュールは、図２に示されるように、Ｚ方向に積層された複数の単電池を含む。蓄電モジュール１１は、略直方体形状を呈する。蓄電モジュール１１は、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池である。蓄電モジュール１１は、電気二重層キャパシタでもよい。蓄電モジュール１１は、全固体電池でもよい。本実施形態の蓄電モジュール１１は、バイポーラ型のリチウムイオン二次電池である。

蓄電モジュール１１は、積層体１４と、封止部材１５と、を備える。積層体１４は、複数のバイポーラ電極（電極）１６と複数のセパレータ１７とを含む電極群１１４と、正極終端電極（終端電極）１８と、負極終端電極（終端電極）１９と、を有する。複数のバイポーラ電極１６と、複数のセパレータ１７とは、Ｚ方向に沿って交互に配置されている。積層体１４は、Ｚ方向に交差する一対の主面及び主面をつなぐ外周面（側面）を有する。

複数のバイポーラ電極１６のそれぞれは、電極体２１と、正極層２２と、負極層２３とを備える。電極体２１は、Ｚ方向に交差する一対の主面２１ａ，２１ｂを有する。電極体２１の主面（一方の面）２１ａ上には正極層２２が設けられ、電極体２１の主面（他方の面）２１ｂ上には負極層２３が設けられる。このため、電極体２１は、Ｚ方向に沿って正極層２２と負極層２３とによって挟まれている。

電極体２１は、シート状の導電部材であり、積層方向から見て略矩形状を呈している。電極体２１は、例えば、複数の金属箔が一体化された構造を有する。複数の金属箔は、互いに接合されている。各金属箔は、例えば、銅箔、アルミニウム箔、チタン箔、もしくはニッケル箔である。各金属箔は、例えば、ステンレス鋼箔（例えばＪＩＳＧ４３０５：２０１５にて規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４等）、メッキ処理が施された鋼箔（例えばＪＩＳＧ３１４１：２００５にて規定される冷間圧延鋼箔（ＳＰＣＣ等））、又はメッキ処理が施されたステンレス鋼箔であってもよいし、銅、アルミニウム、チタン及びニッケルからなる群から選ばれる２種以上の金属を含む合金箔であってもよい。機械的強度を確保する観点から、電極体２１はアルミニウム箔を含んでもよい。金属箔の表面にはアルミニウムが被覆されていてもよい。電極体２１の厚みは、例えば、５μｍ以上７０μｍ以下である。なお、電極体２１は、複数の金属箔が一体化された構造に限定されず、例えば一枚の金属箔によって構成されてもよい。

正極層２２は、正極活物質と導電助剤と結着剤とを含む層状部材であり、略矩形状を呈している。本実施形態の正極活物質は、例えば、複合酸化物、金属リチウム、及び硫黄等である。複合酸化物の組成には、例えば、鉄、マンガン、チタン、ニッケル、コバルト、及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。複合酸化物の例には、オリビン型リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）が挙げられる。結着剤は、活物質又は導電助剤を集電体の表面に繋ぎ止め、電極中の導電ネットワークを維持する役割を果たすものである。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸等のアクリル系樹脂、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸アンモニウム等のアルギン酸塩、水溶性セルロースエステル架橋体、デンプン−アクリル酸グラフト重合体を例示することができる。これらの結着剤を単独で又は複数で採用すれば良い。

導電助剤は、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等である。粘度調整溶媒は、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等である。

負極層２３は、負極活物質と導電助剤と結着剤とを含む層状部材であり、略矩形状を呈している。本実施形態の負極活物質は、例えば、黒鉛、人造黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、金属化合物、リチウムと合金化可能な元素もしくはその化合物、ホウ素添加炭素等である。リチウムと合金化可能な元素の例としては、シリコン（ケイ素）及びスズが挙げられる。導電助剤及び結着剤は正極層２２と同様のものを用いることができる。

正極終端電極１８は、積層体１４のＺ方向における一方の端部に設けられている。正極終端電極１８は、電極体２１の一方の主面２１ａにのみ上記の正極層（活物質）２２が設けられた電極である。すなわち、Ｚ方向において積層体１４の一端に配置される電極体２１の主面２１ｂ上には、負極層２３が配置されていない。

負極終端電極１９は、積層体１４のＺ方向における他方の端部に設けられている。負極終端電極１９も、正極終端電極１８と同様に、電極体２１の一方の主面２１ｂにのみ負極層（活物質）２３が設けられた電極である。すなわち、Ｚ方向において積層体１４の他端に配置される電極体２１の主面２１ａ上には、正極層２２が配置されていない。

セパレータ１７は、隣り合うバイポーラ電極１６，１６の間、バイポーラ電極１６と正極終端電極１８との間、及びバイポーラ電極１６と負極終端電極１９との間のそれぞれを隔てる層状部材であり、積層方向から見て略矩形状を呈している。セパレータ１７は、隣り合うバイポーラ電極１６，１６の間、バイポーラ電極１６と正極終端電極１８との間、及びバイポーラ電極１６と負極終端電極１９との間の短絡を防止する部材である。セパレータ１７の厚みは、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下である。

セパレータ１７は、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルムである。セパレータ１７は、ポリプロピレン、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等でもよい。セパレータ１７は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されてもよい。

封止部材１５は、積層体１４に含まれる複数のバイポーラ電極１６、複数のセパレータ１７、正極終端電極１８、及び負極終端電極１９を保持する部材であり、絶縁性を有している。より詳細には、封止部材１５は、バイポーラ電極１６、正極終端電極１８、及び負極終端電極１９を構成する電極体２１を保持している。封止部材１５は、積層体１４の外周面（側面）を封止するように略矩形枠形状を呈する。封止部材１５は、積層体１４内のバイポーラ電極１６同士の短絡、バイポーラ電極１６と正極終端電極１８との短絡、及び、バイポーラ電極１６と負極終端電極１９との短絡を防止し得る。

封止部材１５を形成する材料の例には、耐熱性を示す樹脂部材等が含まれる。耐熱性を示す樹脂部材の例には、ポリイミド、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）及びＰＡ６６等が含まれる。封止部材１５の厚みは、例えば、１０μｍ以上２０μｍ以下である。

封止部材１５によって封止された空間Ｓには、電解液が収容されている。電解液の例は、カーボネート系又はポリカーボネート系の電解液である。電解液に含まれる支持塩は、例えばリチウム塩である。リチウム塩は、例えば、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ２Ｆ_５）_２、もしくはこれらの混合物である。

再び図１を参照する。蓄電モジュール１１の一方面には正極集電板３１が配置されており、蓄電モジュール１１の他方面には負極集電板３３が配置されている。正極集電板３１は、蓄電モジュール１１を構成する正極終端電極１８に対面しており、正極終端電極１８に電気的に接続され得る。負極集電板３３は、蓄電モジュール１１を構成する負極終端電極１９に対面しており、負極終端電極１９に電気的に接続され得る。以下の説明において、正極集電板３１及び負極集電板３３の総称として集電板３５を用いる場合がある。

Ｚ方向において互いに隣り合う集電板３５同士の間には熱交換器３０が配置されている。また、Ｚ方向を上下方向とした場合、上端に配置された集電板３５の上部、及び、下端に配置された集電板３５の下部には、熱交換器３０が配置されている。図示例では、Ｚ方向において互いに隣り合う正極集電板３１同士の間、Ｚ方向の上端に配置された負極集電板３３の上部、及び、Ｚ方向の下端に配置された負極集電板３３の下部に、それぞれ熱交換器３０が配置されている。

熱交換器３０は、正極集電板３１又は負極集電板３３を介して隣り合う蓄電モジュール１１と熱交換を行う。熱交換器３０は、例えば蓄電モジュール１１において発生した熱を蓄電装置１の外部に放出する放熱板である。熱交換器３０は、Ｚ方向から見て略矩形状を呈する。熱交換器３０の内部には、例えば水、油、空気等の冷却用流体が通る流路（図示省略）が形成されている。

本実施形態において、互いに隣り合う蓄電モジュール１１では、対面する終端電極（正極終端電極１８、負極終端電極１９）が同極となるように配置されている。そのため、互いに隣り合う蓄電モジュール１１同士の間に配置される一対の集電板３５も同極となっている。図示例では、一方の蓄電モジュール１１の正極終端電極１８と他方の蓄電モジュール１１の正極終端電極１８とが互いに対面している。そのため、一対の蓄電モジュール１１同士の間には一対の正極集電板３１が配置されている。一対の蓄電モジュール１１間において、熱交換器３０は、一方の蓄電モジュール１１に当接された正極集電板３１と他方の蓄電モジュール１１に当接された正極集電板３１との間に配置されている。

正極集電板３１及び負極集電板３３は、例えば、銅板、アルミニウム板、チタン板、もしくはニッケル板等の導電板である。正極集電板３１は、Ｚ方向から見てバイポーラ電極１６及びセパレータ１７に重なっており、略矩形状を呈している。正極集電板３１の厚みは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、負極集電板３３は、Ｚ方向から見て例えば略矩形状を呈している。負極集電板３３の厚みは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

一例のモジュール積層体２では、蓄電モジュール１１同士の間において、互いに隣り合う部材（蓄電モジュール１１、正極集電板３１、負極集電板３３、熱交換器３０）の少なくとも一つのペアが互いに離間可能に積層されている。本実施形態では、蓄電モジュール１１と当該蓄電モジュール１１に隣接される集電板３５とは、接着剤等によって互いに接着（固定）されていない。また、負極集電板３３と熱交換器３０との間にも接着剤等の接着（固定）手段が設けられていない。

一例の筐体４は、ケース３と、カバー５とを有する。ケース３及びカバー５は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよく、樹脂材料によって形成されていてもよい。ケース３は、Ｚ方向から見て略矩形状をなす有底筒状を有し、Ｚ方向の一方の端部（図示例では上端）に開口３ａを有する。ケース３の内側に形成された空間ＳＰには、モジュール積層体２が収容され得る。図示例のケース３は、側壁３ｂと、底壁３ｃと、鍔３ｄとを有する。一例の側壁３ｂは、内側に直方体状の空間が形成されるように、Ｚ方向から見て矩形状をなしている。すなわち、側壁３ｂは、モジュール積層体２における積層方向（Ｚ方向）に沿って延在する。Ｚ方向における側壁３ｂの長さは、モジュール積層体２よりも大きくなっていてよい。

なお、図示例の側壁３ｂには、圧力調整部３ｅが形成されていてもよい。一例において、圧力調整部３ｅは、上下方向（Ｚ方向）において、側壁３ｂの中央よりも上側に配置されており、例えば、後述する中間部材４０の上端よりも上側であって、鍔３ｄよりも下側に位置している。圧力調整部３ｅは、筐体４の内圧が所定の大きさを超えたときに、筐体４内のガスを外部に排出し得る。

底壁３ｃは、Ｚ方向における側壁３ｂの他方の端部を閉塞している。図示例では、側壁３ｂの下端に底壁３ｃが形成されている。底壁３ｃは、側壁３ｂの下端に接続された周縁部３ｇと、底壁３ｃの中央を構成する矩形板状をなす押圧部３ｆと、周縁部３ｇと押圧部３ｆとを接続する接続部３ｈとを含む。周縁部３ｇは、Ｚ方向から見て、側壁３ｂと同じ外形を有する矩形枠状をなしている。周縁部３ｇは、側壁３ｂの下端を基端として、ＸＹ平面に沿って、側壁３ｂの内側に向かって突出している。押圧部３ｆは、Ｚ方向から見て、モジュール積層体２と略同じ大きさを有している。一例の押圧部３ｆは、側壁３ｂの下端よりも、Ｚ方向において上側に位置している。接続部３ｈは、押圧部３ｆの外縁と周縁部３ｇの内縁とを接続している。図示例では、接続部３ｈは、周縁部３ｇの内縁から押圧部３ｆの外縁にかけて上向きに傾斜している。例えば、Ｚ方向に沿って下向きの力が押圧部３ｆに加わった場合、接続部３ｈが撓むことによって、押圧部３ｆの位置は下方に移動し得る。鍔３ｄは、Ｚ方向における側壁３ｂの他方の端部に形成されている。鍔３ｄは、Ｚ方向から見て、側壁３ｂの外形よりも大きな矩形状をなしている。鍔３ｄは、側壁３ｂの上端を基端として、ＸＹ平面に沿って、側壁３ｂの外側に向かって突出している。

カバー５は、ケース３の開口３ａを閉塞する部材である。一例のカバー５は、Ｚ方向から見てケース３と同様に略矩形状をなしており、鍔３ｄと略同じ大きさの外形を有する。カバー５は、鍔３ｄに対面する周縁部５ａと、カバー５の中央を構成する矩形板状をなす押圧部５ｂと、周縁部５ａと押圧部５ｂとを接続する接続部５ｃとを含む。周縁部５ａは、Ｚ方向から見て、鍔３ｄと同じ外形を有する矩形枠状をなしている。周縁部５ａの内縁は、Ｚ方向から見て、側壁３ｂの内周よりも内側に位置している。一例においては、周縁部５ａと鍔３ｄとが溶着されることによって、ケース３とカバー５とが接続されている。これにより、筐体４の内側に密閉空間ＳＳが形成される。押圧部５ｂは、Ｚ方から見て、モジュール積層体２と略同じ大きさを有している。一例の押圧部５ｂは、周縁部５ａよりも、Ｚ方向において下側に位置している。接続部５ｃは、押圧部５ｂの外縁と周縁部５ａの内縁とを接続している。図示例では、接続部５ｃは、周縁部５ａの内縁から押圧部５ｂの外縁にかけて下向きに傾斜している。例えば、Ｚ方向に沿って上向きの力が押圧部５ｂに加わった場合、接続部５ｃが撓むことによって、押圧部５ｂの位置は上方に移動し得る。

ケース３に形成された押圧部３ｆと、カバー５に形成された押圧部５ｂとは、筐体４の空間ＳＰ（密閉空間ＳＳ）を挟んで互いに対面している。本実施形態では、これら一対の押圧部３ｆ，５ｂによってモジュール積層体２が挟持されることで、モジュール積層体２が筐体４の空間ＳＰ内に拘束されている。一対の押圧部３ｆ，５ｂによってモジュール積層体２が挟持されている状態では、例えば、ケース３の接続部３ｈと周縁部３ｇとの角部及びカバー５の接続部５ｃと周縁部３ｇとの角部に最も応力が加わっている。一例においては、接続部３ｈ，５ｃの弾性は、筐体４の他の部分に比べて大きくなっていてもよい。すなわち、接続部３ｈ，５ｃは、筐体４の他の部分に比べて、外力の影響によって変形しやすくてもよい。例えば、筐体４の内圧が上昇した場合、接続部３ｈ，５ｃが撓むことによって、一対の押圧部３ｆ，５ｂ同士が互いに離れる方向に移動するように筐体４が変形し得る。この場合、一対の押圧部３ｆ，５ｂによってモジュール積層体２を拘束する拘束力は、低下することになる。

図示例では、モジュール積層体２が中間部材４０を介して、一対の押圧部３ｆ，５ｂに挟持されている。すなわち、ケース３に形成された押圧部３ｆとモジュール積層体２との間には中間部材４１が配置されており、カバー５に形成された押圧部５ｂとモジュール積層体２との間には中間部材４３が配置されている。また、図示のように、側壁３ｂとモジュール積層体２との間には、モジュール積層体２及び側壁３ｂの両方に接触するように中間部材４５が配置されていてもよい。例えば、中間部材４５は、２つの蓄電モジュール１１に接触するように、Ｚ方向において、一方の蓄電モジュール１１の位置と他方の蓄電モジュール１１の位置とを含むように延在している。

中間部材４０は、パッケージ４０ａと、パッケージ４０ａに封入された流体４０ｂと、を含む。パッケージ４０ａは、拘束荷重に応じて変形可能な柔軟な材質によって構成されている。パッケージ４０ａの材質は、例えば樹脂であって、一例として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性を有するポリオレフィン系樹脂等である。流体４０ｂは、気体、液体、ゲル、又は、それらの混合物である。さらに、流体４０ｂは、気体、液体、ゲル、又はそれらの混合物に対して、粉末（一例として消火剤）が混合されたものとされ得る。流体４０ｂの材料は、例えば、使用環境で凍結、気化しない液体で例えばオイル、またはクーラントで使用しているＬＬＣ(不凍液)とすることができる。このように、中間部材４０は、ガスパック、液パック、又はゲルパックとして構成されている。

以上説明した蓄電装置１では、一方の蓄電モジュール１１において熱暴走が生じると、熱暴走に起因して密閉空間ＳＳの内圧が上昇し得る。一例においては、熱暴走による熱の影響によって密閉空間ＳＳ内のガス（空気）が膨張することで、内圧が上昇し得る。また、熱暴走した蓄電モジュール１１からガスが排出されることで、密閉空間ＳＳ内のガス量が増加し、内圧が上昇し得る。この場合、筐体４が変形することによって、積層方向におけるモジュール積層体２の拘束力が低下する。例えば、一例においては、図３に示すように、内圧の上昇に伴って、一対の押圧部３ｆ，５ｂが互いに離れる方向に変形する。これによって、一対の押圧部３ｆ，５ｂ間の距離が増大する。この場合、積層方向におけるモジュール積層体２の拘束力が低下する。

通常、モジュール積層体２では、複数の蓄電モジュール１１、集電板３５及び熱交換器３０が互いに離間可能に積層されており、積層方向にモジュール積層体２が押圧されていることで、互いに隣り合う部材同士の間に間隙が生じないようになっている。すなわち、積層方向にモジュール積層体２が押圧されている状態では、互いに隣り合う蓄電モジュール１１同士の間において、蓄電モジュール１１と集電板３５と熱交換器３０とが密着している。この場合、一方の蓄電モジュール１１が熱暴走すると、集電板３５及び熱交換器３０を介した熱伝導によって、一方の蓄電モジュール１１から他方の蓄電モジュール１１に熱が伝わることになる。他方の蓄電モジュール１１に熱が伝わることによって、当該他方の蓄電モジュール１１においても熱暴走が生じる可能性がある。

上記の蓄電装置１では、モジュール積層体２に働く拘束力が低下することにより、互いに隣り合う部材（蓄電モジュール１１、正極集電板３１、負極集電板３３、熱交換器３０）同士の接触面積が小さくなる。例えば、Ｚ方向から見たときのモジュール積層体２の面積が１平方メートル〜２平方メートル程度と大きい場合、蓄電モジュール１１等の平面度にもよるが、拘束力の低下によって部材同士の接触面積が減少し易い。一例においては、拘束力の低下に伴い隣り合う部材間に間隙（例えば空気層）が形成されることによって、部材同士の接触面積が減少してもよい。このように、部材間の接触面積が減少することによって、隣り合う部材間における熱伝導による熱の移動が抑制される。したがって、熱暴走が生じた蓄電モジュール１１の熱が他の蓄電モジュール１１に伝わることが抑制される。なお、一例の圧力調整部３ｅは、筐体４の変形に伴って部材同士の接触面積が減少した後で、更に内圧が上昇してから筐体４内のガスを外部に排出するように設計されている。

また、筐体４は、モジュール積層体２における積層方向に沿って延在する側壁３ｂを含み、モジュール積層体２と側壁３ｂとの間には、中間部材４５が設けられいる。この構成では、モジュール積層体２に働く拘束力が低下した場合であっても、蓄電モジュール１１が積層方向に交差する方向（ＸＹ平面に沿った方向）に移動することが抑制される。

また、筐体４は、上下方向において側壁３ｂの両端に設けられ、モジュール積層体２を拘束するカバー５及び底壁３ｃ（挟持部）を有している。カバー５及び底壁３ｃは、密閉空間ＳＳの内圧の上昇に伴って、モジュール積層体２から離間する方向に変形する。この構成では、カバー５及び底壁３ｃがモジュール積層体２から離間する方向に変形することによって、上下方向に沿って、モジュール積層体２を構成する各部材同士の間に隙間が形成されやすい。

押圧部３ｆ，５ｂは、密閉空間ＳＳの内圧の上昇前において、側壁３ｂの端部（すなわち周縁部３ｇ，５ａの位置）よりもモジュール積層体２に近い位置にあり、密閉空間ＳＳの内圧上昇により、側壁３ｂの端得よりもモジュール積層体２から遠い位置に移動してもよい。この構成では、圧力の変動によって側壁３ｂの端部に対する押圧部３ｆ，５ｂの位置が反転するため、上下方向においてモジュール積層体２を構成する各部材同士の隙間寸法を広げやすい。

押圧部３ｆ，５ｂは、押圧部３ｆ，５ｂを囲む接続部３ｈ，５ｃを介して側壁３ｂに接続されており、接続部３ｈ，５ｃの弾性は、筐体４の他の部分に比べて大きい。この構成では、接続部３ｈ，５ｃが外力の影響によって変形しやすいため、内圧上昇に伴って押圧部３ｆ、５ｂの位置が変形しやすい。

図４は、蓄電装置の他の例を示す。図４に示すように、蓄電装置１０１は、蓄電装置１と同様のモジュール積層体２を有しており、筐体の構成において、蓄電装置１と相違している。以下、主として、筐体の構成について説明する。

蓄電装置１０１において、筐体１０４は、ケース１０３と、カバー１０５とを有する。ケース１０３及びカバー１０５は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料又は樹脂材料によって形成されていてよい。なお、一例では、ケース１０３及びカバー１０５は、気体の透過率を低くするために、表面又は内部に金属層を有していてもよい。ケース１０３は、Ｚ方向から見て略矩形状をなす有底筒状を有し、Ｚ方向の一方の端部（図示例では上端）に開口１０３ａを有する。ケース１０３の内側に形成された空間ＳＰには、モジュール積層体２が収容され得る。図示例のケース１０３は、側壁１０３ｂと、底壁１０３ｃと、鍔１０３ｄとを有する。一例の側壁１０３ｂは、内側に直方体状の空間が形成されるように、Ｚ方向から見て矩形状をなしている。すなわち、側壁１０３ｂは、モジュール積層体２における積層方向に沿って延在する。Ｚ方向における側壁１０３ｂの長さは、モジュール積層体２よりも大きくなっていてよい。なお、図示例の側壁１０３ｂは、圧力調整部３ｅが形成されていてもよい。

底壁１０３ｃは、Ｚ方向における側壁１０３ｂの他方の端部を閉塞している。図示例では、側壁１０３ｂの下端に底壁１０３ｃが形成されている。底壁１０３ｃは、側壁１０３ｂの下端に接続された周縁部１０３ｇと、底壁１０３ｃの中央を構成する矩形板状をなす押圧部１０３ｆと、周縁部１０３ｇと押圧部１０３ｆとを接続する接続部１０３ｈとを含む。周縁部１０３ｇは、Ｚ方向から見て、側壁１０３ｂと同じ外形を有する矩形枠状をなしている。周縁部１０３ｇは、側壁１０３ｂの下端を基端として、ＸＹ平面に沿って、側壁１０３ｂの内側に向かって突出している。押圧部１０３ｆは、Ｚ方から見て、モジュール積層体２と略同じ大きさを有している。接続部１０３ｈは、押圧部１０３ｆの外縁と周縁部１０３ｇの内縁とを接続している。鍔１０３ｄは、Ｚ方向から見て、側壁１０３ｂの外形よりも大きな矩形状をなしている。鍔１０３ｄは、側壁１０３ｂの上端を基端として、ＸＹ平面に沿って、側壁１０３ｂの外側に向かって突出している。

カバー１０５は、ケース１０３の開口１０３ａを閉塞する部材である。一例のカバー１０５は、Ｚ方向から見てケース１０３と同様に略矩形状をなしており、鍔１０３ｄと略同じ大きさの外形を有する。カバー１０５は、鍔１０３ｄに対面する周縁部１０５ａと、カバー１０５の中央を構成する矩形板状をなす押圧部１０５ｂと、周縁部１０５ａと押圧部１０５ｂとを接続する接続部１０５ｃとを含む。周縁部１０５ａは、Ｚ方向から見て、鍔１０３ｄと同じ外形を有する矩形枠状をなしている。周縁部１０５ａの内縁は、Ｚ方向から見て、側壁１０３ｂの内周よりも内側に位置している。一例においては、周縁部１０５ａと鍔１０３ｄとが溶着されることによって、ケース１０３とカバー１０５とが接続されている。これにより、筐体１０４の内側に密閉空間ＳＳが形成される。押圧部１０５ｂは、Ｚ方向から見て、モジュール積層体２と略同じ大きさを有している。接続部１０５ｃは、押圧部１０５ｂの外縁と周縁部１０５ａの内縁とを接続している。一例においては、接続部１０３ｈ，１０５ｃの弾性は、筐体１０４の他の部分に比べて大きくなっていてもよい。すなわち、接続部１０３ｈ，１０５ｃは、筐体１０４の他の部分に比べて、外力の影響によって変形しやすくてもよい。

ケース１０３に形成された押圧部１０３ｆと、カバー１０５に形成された押圧部１０５ｂとは、筐体１０４の空間ＳＰを挟んで互いに対面している。本実施例では、密閉空間ＳＳの内圧が、大気圧に比べて小さくなっている。一例では、密閉空間ＳＳが真空引きされていてもよい。密閉空間ＳＳ内が低圧に調整されていることで、一対の押圧部１０３ｆ，１０５ｂ同士の距離が小さくなるように、筐体１０４が変形し得る。これにより、一対の押圧部１０３ｆ，１０５ｂによってモジュール積層体２が挟持されることで、モジュール積層体２が筐体１０４の密閉空間ＳＳ内に拘束されている。一対の押圧部１０３ｆ，１０５ｂによってモジュール積層体２が挟持されている状態では、例えば、ケース１０３の接続部１０３ｈ及びカバー１０５の接続部１０５ｃに応力が加わっている。

図５は、自然状態（無負荷状態）、すなわち、密閉空間ＳＳの内圧が大気圧と同じ状態のときの蓄電装置１０１を示す。図５に示すように、自然状態では、一例の押圧部１０３ｆは、側壁１０３ｂの下端よりも、Ｚ方向において下側に位置している。接続部１０３ｈは、周縁部１０３ｇの内縁から押圧部１０３ｆの外縁にかけて下向きに傾斜している。また、押圧部１０５ｂは、周縁部１０５ａよりも、Ｚ方向において上側に位置している。接続部１０５ｃは、周縁部１０５ａの内縁から押圧部１０５ｂの外縁にかけて上向きに傾斜している。

蓄電装置１０１では、一方の蓄電モジュールにおいて熱暴走が生じると、熱暴走に起因して密閉空間ＳＳの内圧が上昇し得る。一例においては、熱暴走した蓄電モジュール１１からガスが排出されることで、密閉空間ＳＳ内のガス量が増加し、内圧が上昇し得る。また、熱暴走による熱の影響によって密閉空間ＳＳ内のガス（空気）が膨張することで、内圧が上昇し得る。なお、密閉空間ＳＳ内が真空に近い状態の場合には、密閉空間ＳＳ内のガスが膨張し難い。密閉空間ＳＳの内圧が上昇した場合、筐体１０４の環境が自然状態に近付くため、図５に示すように、ケース１０３及びカバー１０５の形状が復元する。すなわち、一対の押圧部１０３ｆ，１０５ｂが互いに離れる方向に変形する。これによって、一対の押圧部１０３ｆ，１０５ｂ間の距離が増大する。この場合、積層方向におけるモジュール積層体２の拘束力が低下する。これにより、互いに隣り合う蓄電モジュール１１同士の間に間隙（例えば空気層）が形成されることになる。したがって、熱暴走が生じた蓄電モジュール１１の熱が他の蓄電モジュール１１に伝わることが抑制される。

以上、本開示の一例について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。

例えば、互いに積層される複数の蓄電モジュール同士の間には、蓄電モジュール同士を互いに離間する方向に付勢する離間部材が配置されていてもよい。一例として、蓄電モジュール１１と集電板３５との間に圧縮コイルバネが配置されていてもよい。この場合、密閉空間ＳＳの内圧の上昇に伴って筐体が変形した際に、圧縮コイルバネの作用によって蓄電モジュール１１同士が互いに離間しやすい。

また、２つの蓄電モジュールが積層されたモジュール積層体を示したが、モジュール積層体は、３つ以上の蓄電モジュールを含んでいてもよい。この場合、Ｚ方向において、最上部に配置された蓄電モジュールは、上部に配置された中間部材４０、熱交換器３０及び集電板３５と共にカバーに接着されていてもよい。この場合、筐体が変形した際に、最上部の蓄電モジュールが、他の蓄電モジュールから離間し易くなる。

また、封止部材１５のみによって蓄電モジュール１１の外周面が形成されている例を示したが、例えば、電極体２１の周縁と封止部材とによって蓄電モジュールの外周面が形成されてもよい。また、蓄電モジュールの外周面はＺ方向に延びる面でなくてもよく、例えば、電極体２１の周縁と当該周縁よりも外側に張り出した封止部材とによって凹凸が設けられていてもよい。

また、封止部材１５によって封止された空間Ｓに電解質としての電解液が収容されている例について説明したが、電解質は、固体又はゲル状であってもよい。この場合、封止部材は、電解質が蓄電モジュールの外部に漏出しない程度に電極板間を封止していればよい。また、電解質がゲル状である場合には、電解質は、不織布等によって形成されるセパレータに含浸されて半固体状をなしていてもよく、また、固体電解質であってもよい。また、電解質が電解液でなく固体電解質である場合には、セパレータは、固体電解質によって構成されてもよい。セパレータが固体電解質によって構成される場合、セパレータは、略矩形板形状を呈してもよい。

また、一例のモジュール積層体では、複数の蓄電モジュール同士が互いに接着されていない例を示したが、例えば、複数の蓄電モジュール同士は、接着手段によって互いに固定されていてもよい。この場合、内圧上昇によって筐体が変形した際に、接着状態が解除される構成を備える。

また、モジュール積層体が中間部材を介して、一対の押圧部に挟持されている例を示したが、中間部材は必ずしも必要ではない。中間部材が配置されない場合、モジュール積層体は、筐体を構成する上下一対の押圧部によって挟持され得る。

また、中間部材４５の例として、２つの蓄電モジュール１１に接触する形態を示したが、中間部材４５は、一方の蓄電モジュール１１と他方の蓄電モジュール１１とにそれぞれ接触するようにＺ方向において分割して設けられてもよい。その場合、一方の中間部材４５と他方の中間部材４５とはＺ方向において互いに離間していてもよい。

また、中間部材４５と蓄電モジュール１１との間、及び、中間部材４５とケース３との間には、ケース３、中間部材４５及び蓄電モジュール１１を互いに接着する接着手段が設けられてもよい。図１に示すように、２つの蓄電モジュール１１に接触するように中間部材４５が設けられている場合、内圧上昇によって筐体４が変形したときに、接着手段による接着状態が解除される構成を備えてもよい。なお、Ｚ方向において中間部材４５が分割して設けられる場合には、内圧上昇によって筐体４が変形したときに、接着手段による接着状態が解除される構成を備えなくてもよい。

１，１０１…蓄電装置、２…モジュール積層体、３ｂ，１０３ｂ…側壁、４，１０４…筐体、１１…蓄電モジュール、４０…中間部材、ＳＳ…密閉空間。

Claims

少なくとも複数の蓄電モジュールを含む複数の部材が積層されたモジュール積層体と、
密閉空間を構成し、該密閉空間内で前記モジュール積層体を積層方向に拘束する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記密閉空間の内圧の上昇に伴って、少なくとも前記積層方向における前記モジュール積層体の拘束力が低下するように変形する、蓄電装置。
前記筐体は、前記モジュール積層体における前記積層方向に沿って延在する側壁を含む、請求項１に記載の蓄電装置。
前記モジュール積層体と前記側壁との間には、前記モジュール積層体及び前記側壁の両方に接触した中間部材が設けられている、請求項２に記載の蓄電装置。
前記筐体は、前記積層方向において前記側壁の両端に設けられ、前記モジュール積層体を拘束する一対の挟持部を有し、
前記積層方向において少なくとも側壁の一端に設けられた前記挟持部は、前記密閉空間の内圧の上昇に伴って、前記モジュール積層体から離間する方向に変形する、請求項２又は３に記載の蓄電装置。
前記側壁の前記一端に設けられた前記挟持部は、前記密閉空間の内圧の上昇前において、前記側壁の前記一端よりも前記モジュール積層体に近い位置にある押圧部であって、前記密閉空間の内圧上昇によって、前記側壁の前記一端よりも前記モジュール積層体から遠い位置に移動する前記押圧部を有する、請求項４に記載の蓄電装置。
前記押圧部は、前記押圧部を囲む接続部を介して前記側壁に接続されており、
前記接続部の弾性は、前記筐体の他の部分に比べて大きい、請求項５に記載の蓄電装置。
前記積層方向に隣り合う前記蓄電モジュール同士の間には、前記蓄電モジュール同士を互いに離間する方向に付勢する離間部材が配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電装置。