JP2022067209A

JP2022067209A - 蓄電装置

Info

Publication number: JP2022067209A
Application number: JP2020175797A
Authority: JP
Inventors: 大樹森下; Hiroki Morishita; 渉岡田; Wataru Okada
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-10-20
Also published as: CN114388974A; EP3989347A1; US20220123405A1; JP7319953B2

Abstract

【課題】複数の蓄電セルの位置決めが正確に行われた蓄電装置を提供する。【解決手段】本開示に係る蓄電装置は、積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、蓄電モジュールを収納する内部空間を有するケースとを備える。ケースは、複数の蓄電セルの電極端子側に開口を有する本体と、開口上に設けられる蓋と、開口から本体の奥側に向かって内部空間の幅を狭くするテーパ部とを含む。【選択図】図３

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

蓄電装置の一例として電池パックが挙げられる。従来の電池パック構造として、たとえば、特開２０１０－２７２３７８号公報（特許文献１）、特開２００９－１３４９０１号公報（特許文献２）、国際公開第２０１２／１３３７０８号（特許文献３）、特表２０１５－５２０４８０号公報（特許文献４）、および特開２０１２－２８３２１号公報（特許文献５）に記載のものが挙げられる。

特開２０１０－２７２３７８号公報特開２００９－１３４９０１号公報国際公開第２０１２／１３３７０８号特表２０１５－５２０４８０号公報特開２０１２－２８３２１号公報

複数の電池セルを拘束する構造を簡略化して小型化、軽量化を図りたいという要請がある。他方、拘束構造を簡略化したとき、各々の電池セルの変形のばらつき等に起因して、複数の電池セルの位置決め精度が低下し、電池セルの端子の位置ずれが生じる。

特許文献１～５に記載の構造は、上述の課題を解決する観点から、必ずしも十分なものではない。また、電池以外の蓄電装置においても、同様の課題が生じ得る。本開示の目的は、複数の蓄電セルの位置決めが正確に行われた蓄電装置を提供することにある。

本開示に係る蓄電装置は、積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、蓄電モジュールを収納する内部空間を有するケースとを備える。ケースは、複数の蓄電セルの電極端子側に開口を有する本体と、開口上に設けられる蓋と、開口から本体の奥側に向かって内部空間の幅を狭くするテーパ部とを含む。

本開示によれば、複数の蓄電セルの位置決めが正確に行われた蓄電装置を提供することができる。

電池パックの構成を示す分解斜視図である。電池モジュールに含まれる電池セルを示す図である。電池パックのケース内部を示す断面図（その１）である。電池パックのケース内部を示す断面図（その２）である。電池パックのケース内部を示す斜視図である。図５に示すテーパ部近傍の部分拡大図である。ケース内の電池セルの配置を示す図である。一例に係るケース内に電池モジュールを挿入する工程を示す図である。１つの変形例に係るケース内に電池モジュールを挿入する工程を示す図である。他の変形例に係るケース内に電池モジュールを挿入する工程を示す図である。

以下に、本開示の実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量等に言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量等に限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本開示にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、電池パック１の構成を示す分解斜視図である。電池パック１は、電池モジュール１００と、ケース２００と、熱伝導材３００とを含む。

電池モジュール１００（蓄電モジュール）は、Ｙ軸方向（積層方向）に沿って積層された複数の電池セル（蓄電セル）を含む。

ケース２００は、ケース本体２１０と、蓋部材２２０とを含む。ケース本体２１０は、ケース２００の底面および側面を構成する。蓋部材２２０は、ケース２００の上面を構成する。ケース本体２１０は、複数の電池セル１１０の上側（図２に示す電極端子１１１側）に開口を有する。蓋部材２２０は、ケース本体２１０の開口上に設けられる。

ケース２００は、電池モジュール１００を収納する内部空間を有する。ケース本体２１０および蓋部材２２０は、たとえばアルミニウム、マグネシウムなどの金属材からなる鋳造部品（ダイキャスト材）であってもよいし、カーボン含有素材からなるプレス成型部品であってもよい。ケース２００は上記の態様に限定されず、強度、放熱性、熱伝導性などの点において、所定の特性を満たすものであればよい。たとえば樹脂製のケース本体２１０および蓋部材２２０である場合もあり得る。

ケース本体２１０と蓋部材２２０との接合部は、ゴム等のシール材、接着剤、およびホットメルト材などを用いて密閉されるか、超音波溶着、レーザ溶着などにより両者が接合されてもよい。これにより、ケース本体２１０および蓋部材２２０からなるケース２００の内部に密閉空間が形成される。

熱伝導材３００は、電池モジュール１００とケース２００のケース本体２１０との間に設けられ、電池モジュール１００において発生した熱のケース２００への伝達を促進する。

電池パック１は、車両に搭載され得る。電池パック１が車両に搭載されるとき、典型的には、ケース本体２１０に対して蓋部材２２０が上側に位置する。本件明細書では、Ｚ軸方向を「上下方向」と称し、Ｚ軸方向におけるケース本体２１０側を「下側」、蓋部材２２０側を「上側」と称する場合がある。

図２は、電池モジュール１００に含まれる電池セル１１０を示す図である。図２に示すように、電池セル１１０は、電極端子１１１と、収容ケース１１２（筐体）とを含む。電極端子１１１は、正極端子１１１Ａと、負極端子１１１Ｂとを含む。電極端子１１１は、収容ケース１１２上に形成されている。収容ケース１１２には、図示しない電極体および電解液が収容されている。

収容ケース１１２は、平坦面状の直方体形状に形成されている。すなわち、電池セル１１０は角型セルである。収容ケース１１２は、Ｙ軸方向に直交するＸ－Ｚ平面に沿って延びる主面１１２Ａを有する。

一例として、電池セル１１０は、リチウムイオン電池である。電池セル１１０はニッケル水素電池など他の電池であってもよい。また、本開示において「蓄電モジュール」は電池モジュール１００に限定されず、電池セル１１０に代えて、たとえばキャパシタが「蓄電セル」として用いられてもよい。

図３，図４は、電池パックのケース内部を示す断面図である。図３，図４は、いずれもＸ－Ｚ平面方向の断面図であって、互いにＹ軸方向に異なる位置の断面を示すものである。

図３に示す断面において、ケース本体２１０は、開口からケース本体２１０の奥側に向かって内部空間の幅を狭くするテーパ部２１１を含む。テーパ部２１１は、ケース本体２１０の開口から底面に至るケース本体２１０の高さ方向（Ｚ軸方向）の全体にわたって形成されている。テーパ部２１１の底部２１１Ａは、電池セル１１０の収容ケース１１２の底面角部に当接する。テーパ部２１１は、電池モジュール１００の幅方向両側に設けられる。

図３においては、図示および説明の便宜上、テーパ部２１１の傾斜角度（Ｚ軸方向に対する傾き）は、若干誇張して、典型的な実施例よりも大きくなるように示されている。一例として、テーパ部２１１の傾斜確度は５°程度である。ただし、テーパ部２１１の傾斜確度は５°より大きくてもよいし、図３に示す角度よりも大きな傾斜確度が本開示の範囲から除外されるものではない。

電池セル１１０とテーパ部２１１との間には、ケース本体２１０の奥側に向かって幅が狭くなる隙間が形成される。この隙間は、ケース２００内の結露水４００を一時的に逃がす空間として機能し得る。

電池セル１１０の収容ケース１１２の底面角部をテーパ部２１１の底部２１１Ａに当接させることにより、電池セル１１０のＸ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。Ｚ軸方向の位置決めは、電池セル１１０の底面１１２Ｃとケース２００の底面とが当接することにより精度よく行われる。Ｘ軸方向およびＺ軸方向の位置決めが精度よく行われた結果、複数の電池セル１１０が積層された電池モジュール１００の意図しない変形を抑制し、電池セル１１０の電極端子１１１の位置ずれを抑制することが可能となる。

図３の例では、テーパ部２１１は直線状に形成されているが、テーパ部２１１の内面の一部または全部が曲線状に形成されてもよい。いずれにしても、テーパ部２１１の最狭部分により電池セル１１０のＸ軸方向の位置決めが行われる。

図４に示す断面において、ケース本体２１０は、電池セル１１０の収容ケース１１２からＸ軸方向に離間した垂直部２１２を含む。垂直部２１２の内面は、ケース本体２１０の上下方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる。

垂直部２１２においては、電池モジュール１００の幅方向両側に位置するケース本体２１０の底面に凹部２１２Ａが形成されている。凹部２１２Ａは、ケース２００内の結露水４００を一時的に逃がす空間として機能し得る。

図５は、電池パック１のケース２００の内部を示す斜視図である。図６は、図５に示すテーパ部２１１近傍の部分拡大図である。図５および図６に示すように、ケース本体２１０においては、電池セル１１０の積層方向（Ｙ軸方向）に沿ってテーパ部２１１と垂直部２１２（非テーパ部）とが交互に形成されている。ここで、ケース本体２１０の内面と電池セル１１０の収容ケース１１２の外面との間に、Ｚ軸方向に相対移動ができる状態で互いに嵌合する部分を設けることにより、電池モジュール１００のケース本体２１０への挿入を円滑に行い、かつ位置決めを正確に行うことも可能となる。

なお、図３，図４においては、電池セル１１０のＸ軸方向の両側にテーパ部２１１が設けられた構造を示したが、図５に示す例では、中央壁２１３によりケース本体２１０内の空間が２つの収容空間２１０Ａに分割され、各々の収容空間２１０Ａにおいては、電池モジュール１００の幅方向片側にのみテーパ部２１１が設けられている。

図５に示すように、ケース本体２１０は、支持部２１４を有する。支持部２１４は、ケース本体２１０のＹ軸方向の両端部に設けられる。支持部２１４は、電池モジュール１００のＹ軸方向の両端部に位置する電池セル１１０の主面１１２Ａに直接当接し、電池モジュール１００をＹ軸方向に沿って支持する。

支持部２１４は、それ自体が若干変形することにより、Ｙ軸方向に沿って電池モジュール１００を付勢可能である。支持部２１４を構成するケース本体２１０にたとえば空洞（図示せず）を設け、支持部２１４を薄肉化し、Ｙ軸方向に変形させやすくしてもよい。

電池モジュール１００をケース本体２１０に挿入するとき、Ｙ軸方向に沿って電池モジュール１００に圧縮力が加えられる。このとき、たとえば各電池セル１１０間に圧縮可能な素材をセパレータとともに設けることなどにより、電池モジュール１００が全体としてＹ軸方向に圧縮され得る。電池モジュール１００がケース本体２１０に挿入された後、上記圧縮力が徐荷されると、圧縮された電池モジュール１００のＹ軸方向の長さが元に戻り、この結果、電池モジュール１００がケース本体２１０の内面をＹ軸方向に押圧する。この押圧力に対する反力が、ケース本体２１０が電池モジュール１００を支持する支持力となる。

電池モジュール１００の使用時に、電池セル１１０の収容ケース１１２内における電解液のガス化等の要因により、収容ケース１１２が膨張することがある。この膨張に起因する電池モジュール１００からケース本体２１０への押圧力、およびその反力も、ケース本体２１０による電池モジュール１００の支持に寄与し得る。

電池セル１１０の主面１１２Ａをケース本体２１０に直接に当接させてＹ軸方向に拘束することで、エンドプレートおよび拘束部材を設けることなく複数の電池セル１１０をＹ軸方向に拘束することができる。この結果、電池パック１の小型化が図られる。

さらに、ケース本体２１０の支持部２１４によって電池モジュール１００を拘束することにより、各々の電池セル１１０のＹ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。

図７は、ケース２００内の電池セル１１０の配置を示す図である。図７に示すように、各々の電池セル１１０の積層方向（Ｙ軸方向）の中心に対応する位置にテーパ部２１１が設けられる。これにより、各々の電池セル１１０のＸ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。

図８は、ケース２００内に電池モジュール１００を挿入する工程を示す図である。図８に示すように、治具５００により電池モジュール１００がＸ軸方向に挟持された状態で、電池モジュール１００はケース本体２１０に挿入される。治具５００は、テーパ部２１１上に形成された隙間と、中央壁２１３上に形成された切り欠き部２１４Ａとに挿入される。

電池セル１１０をケース本体２１０に挿入するときに、電池セル１１０の収容ケース１１２の底面角部をテーパ部２１１に当接させる。電池セル１１０をケース本体２１０に完全に挿入したとき、収容ケース１１２の底面角部をテーパ部２１１の底部２１１Ａに当接させる。これにより、電池セル１１０のＸ軸方向およびＺ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。

治具５００により電池モジュール１００を挟持した状態では電池モジュール１００はケース本体２１０に完全には挿入されず、ケース本体２１０に蓋部材２２０を押しつけてケース２００を閉塞するときに電池モジュール１００を下方に押圧し、収容ケース１１２の底面角部をテーパ部２１１の底部２１１Ａに当接させるようにしてもよい。

図９は、１つの変形例に係るケース２００内に電池モジュール１００を挿入する工程を示す図である。図９に示すように、電池モジュールの幅方向（Ｘ軸方向）両側にテーパ部２１１が形成される場合にも、図８の場合と同様に、電池セル１１０をケース本体２１０に完全に挿入したときに、収容ケース１１２の底面角部をテーパ部２１１の底部２１１Ａに当接させることにより、電池セル１１０のＸ軸方向およびＺ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。

図１０は、他の変形例に係るケース２００内に電池モジュール１００を挿入する工程を示す図である。図１０に示すように、テーパ部２１１は、ケース本体２１０の開口から底面に至るケース本体２１０の高さ方向（Ｚ軸方向）の一部分に形成されてもよい。図１０の例では、ケース本体２１０の高さ方向の中央部分にテーパ部２１１が形成され、テーパ部２１１を上下に挟むように、上方部分２１５および下方部分２１６が設けられている。上方部分２１５および下方部分２１６の内面は、Ｚ軸方向に延びるように形成されている。

図１０の例においても、電池セル１１０の収容ケース１１２の底面角部をテーパ部２１１に当接させながら電池セル１１０をケース本体２１０に挿入する。電池セル１１０をケース本体２１０に完全に挿入したとき、収容ケース１１２の底面角部を下方部分２１６の底部に当接させる。これにより、電池セル１１０のＸ軸方向およびＺ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。

また、図１０の構造では、ケース本体２１０の電池セル１１０を、テーパ部２１１の底部２１１Ａのみならず、下方部分２１６により面的な広がりをもって支持することができるので、電池パック１に外部振動が作用した場合にも、より確実に電池モジュール１００の支持および位置決めを行うことができる。

このように、本実施の形態に係る電池パック１によれば、作業性を低下させることなく、電池セル１１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、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。本開示の範囲は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。

１電池パック、１００電池モジュール、１１０電池セル、１１１電極端子、１１１Ａ正極端子、１１１Ｂ負極端子、１１２収容ケース、１１２Ａ主面、２００ケース、２１０ケース本体、２１１テーパ部、２１１Ａ底部、２１２垂直部、２１２Ａ凹部、２１３中央壁、２１４支持部、２１４Ａ切り欠き部、２１５上方部分、２１６下方部分、２２０蓋部材、３００熱伝導材、４００結露水、５００治具。

Claims

積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、
前記蓄電モジュールを収納する内部空間を有するケースとを備え、
前記ケースは、前記複数の蓄電セルの電極端子側に開口を有する本体と、前記開口上に設けられる蓋と、前記開口から前記本体の奥側に向かって前記内部空間の幅を狭くするテーパ部とを含む、蓄電装置。
前記複数の蓄電セルは角型の筐体を各々含み、
前記テーパ部の底部が前記筐体の底面角部に当接する、請求項１に記載の蓄電装置。
前記テーパ部は、前記蓄電モジュールの幅方向両側に設けられる、請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
前記複数の蓄電セルの積層方向に沿って前記テーパ部と非テーパ部とが交互に形成される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記テーパ部は、前記開口から前記本体の底面に至る前記本体の高さ方向の全体にわたって形成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記テーパ部は、前記開口から前記本体の底面に至る前記本体の高さ方向の一部分に形成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記蓄電モジュールの幅方向両側に位置する前記本体の底面に凹部が形成された、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記ケースは、前記内部空間に収納された前記蓄電モジュールを前記複数の蓄電セルの積層方向に沿って支持する支持部を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電装置。
前記複数の蓄電セルはリチウムイオン電池セルである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蓄電装置。