JP2023038404A - 蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コスト削減、高エネルギー密度化、および省スペース化が可能な蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、第１方向に積層された複数の蓄電セルの積層体と、積層体を収容するケースとを備える。ケースは、第１方向に沿って積層体の両端面に各々対向する第１部分および第２部分と、第１方向に直交する第２方向に沿って積層体の両側面に各々対向する第３部分および第４部分と、第１方向および第２方向に直交する第３方向に沿って積層体の上面および底面に各々対向する第５部分および第６部分とを含む。第１部分および第２部分は、積層体の両端面に各々当接し、積層体から第１方向の力を受ける。第１部分および第２部分が受けた第１方向の力が第３部分ないし第６部分の全てに伝達されることにより積層体が第１方向に沿ってケースに支持される。【選択図】図６
Description
本技術は、蓄電装置に関する。
電池セルの積層体に圧縮力を掛けながら積層体を収容可能なケースが従来から知られている。このようなケースは、たとえば特開２０２０－１２９４７４号公報（特許文献１）に記載されている。
蓄電装置のさらなる製造コスト削減、高エネルギー密度化、および省スペース化が求められている。従来の蓄電装置は、これらの観点から必ずしも十分な構成を備えたものではない。
本技術の目的は、製造コスト削減、高エネルギー密度化、および省スペース化が可能な蓄電装置を提供することにある。
本技術に係る蓄電装置は、第１方向に積層された複数の蓄電セルの積層体と、積層体を収容するケースとを備える。ケースは、第１方向に沿って積層体の両端面に各々対向する第１部分および第２部分と、第１方向に直交する第２方向に沿って積層体の両側面に各々対向する第３部分および第４部分と、第１方向および第２方向に直交する第３方向に沿って積層体の上面および底面に各々対向する第５部分および第６部分とを含む。第１部分および第２部分は、積層体の両端面に各々当接し、積層体から第１方向の力を受ける。第１部分および第２部分が受けた第１方向の力が第３部分ないし第６部分の全てに伝達されることにより積層体が第１方向に沿ってケースに支持される。
本技術によれば、製造コスト削減、高エネルギー密度化、および省スペース化が可能な蓄電装置を提供することができる。
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。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、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。
また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池など他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。また、「電極板」は正極板および負極板を総称し得る。
本明細書において、「蓄電セル」ないし「蓄電装置」なる用語が用いられる場合、「蓄電セル」ないし「蓄電装置」は電池セルないし電池に限定されず、キャパシタセルないしキャパシタを含み得る。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電池パック（蓄電装置）の分解斜視図である。図１に示すように、電池パックは、積層体１００と、積層体１００を収容するケース２００とを含む。
図１は、実施の形態１に係る電池パック（蓄電装置）の分解斜視図である。図１に示すように、電池パックは、積層体１００と、積層体１００を収容するケース２００とを含む。
図２は、ケース２００の底面部分の断面図である。図３は、ケース２００をさらに分解した状態を示す図である。図４は、ケース２００のみを示す分解斜視図である。図５は、電池パックのＹ軸方向に沿う断面図である。図６は、ケース２００における力の流れを示す図である。以下、図１～図６を参照しながら、本実施の形態に係る電池パックについて説明する。
積層体１００は、Ｙ軸方向（第１方向）に積層された複数の電池セル１１０（蓄電セル）およびエンドセパレータ１２０およびセル間セパレータ１３０を含む。
ケース２００は、略直方体形状を有する。ケース２００は、第１部分２１０と、第２部分２２０と、第３部分２３０と、第４部分２４０と、第５部分２５０と、第６部分２６０とを含む。第１部分２１０と第２部分２２０とは、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って対向する。第３部分２３０と第４部分２４０とは、Ｘ軸方向（第２方向）に沿って対向する。第５部分２５０と第６部分２６０とは、Ｚ軸方向（第３方向）に沿って対向する。Ｙ軸方向、Ｘ軸方向、およびＺ軸方向は、各々互いに直交する。
第１部分２１０および第２部分２２０は、Ｙ軸方向に沿って積層体１００の両端面に各々対向する。第１部分２１０および第２部分２２０は、Ｘ軸方向に沿う長辺とＺ軸方向に沿う短辺とを含む矩形形状を各々有する。
第１部分２１０および第２部分２２０は、積層体１００のＹ軸方向の両端面に各々当接し、電池セル１１０の膨張に伴って積層体１００からＹ軸方向の力を受ける。第１部分２１０および第２部分２２０は、積層体１００の第１部分２１０および第２部分２２０に挟持された電池セル１１０、エンドセパレータ１２０およびセル間セパレータ１３０は、Ｙ軸方向に拘束された状態でケース２００に収容される。より具体的には、第１部分２１０および第２部分２２０が受けたＹ軸方向の力が第３部分２３０、第４部分２４０、第５部分２５０および第６部分２６０に伝達され、第３部分２３０ないし第６部分２６０が第１部分２１０および第２部分２２０をＹ軸方向に拘束する。これにより積層体１００がＹ軸方向に沿ってケース２００に拘束される。
第１部分２１０および第２部分２２０は、Ｘ軸方向（長辺方向）に沿って押し出されたアルミニウムなどの金属製の押出材により形成することができる。第１部分２１０および第２部分２２０には、Ｘ軸方向に沿って延在する第１空洞２１０Ａおよび第２空洞２２０Ａが各々設けられる。ただし、第１部分２１０および第２部分２２０の構成は上記のものに限定されない。
第３部分２３０および第４部分２４０は、Ｙ軸方向（長辺方向）に沿って押し出されたアルミウムなどの金属製の押出材により形成することができる。第３部分２３０および第４部分２４０には、Ｙ軸方向に沿って延在する第３空洞２３０Ａおよび第４空洞２４０Ａが各々設けられる。ただし、第３部分２３０および第４部分２４０の構成は上記のものに限定されない。
第３部分２３０および第４部分２４０のＹ軸方向の両端面は、第１部分２１０および第２部分２２０の側面に結合される。
第５部分２５０は、電極端子（図示せず）が設けられた電池セル１１０の上面を覆う蓋部分である。第５部分２５０は、側面部分である第１部分２１０ないし第４部分２４０と結合される。第５部分２５０は、典型的には鋼板により形成されるが、アルミニウム（押出材もしくは板）、または樹脂により第５部分２５０が形成されてもよい。
第６部分２６０は、電池セル１１０の底面を覆う底面部分である。電池セル１１０の底面は、第６部分２６０に接触する。ここでいう「接触」は、電池セル１１０の底面を第６部分２６０に接着して固定することを含む。
図２に示すように、第６部分２６０には、Ｙ軸方向に沿って延在する冷却媒体通路２６０Ａが形成される。つまり、第６部分２６０は底板となると同時に、セルの冷却の役割も担う冷却プレートとなり得る。第６部分２６０は、Ｙ軸方向に押し出されたアルミニウムなどの金属製の押出材により形成することができる。
アルミニウム材どうしの接合は、溶接によって行われてもよいし、接着によって行われてもよいし、機械締結により行われてもよい。
図３に示すように、第６部分２６０は、第１底面部分２６１と、第２底面部分２６２と、第３底面部分２６３とを含む。第１底面部分２６１（中央部分）は、第１部分２１０および第２部分２２０と結合される。第２底面部分２６２（側方部分）は、第３部分２３０と結合される。第３底面部分２６３（側方部分）は、第４部分２４０と結合される。第１底面部分２６１、第２底面部分２６２、および第３底面部分２６３を組み合わせることにより、図４に示すように第６部分２６０が形成される。
本実施の形態に係る電池パックにおいては、図５，図６に示すように、第１部分２１０および第２部分２２０が受けたＹ軸方向の力が第３部分２３０、第４部分２４０、第５部分２５０および第６部分２６０のすべてに伝達される。したがって、電池セル１１０の膨化力をケース２００の六面全体で効率的に受け止めることができる。
第１部分２１０ないし第４部分２４０および第６部分２６０を各部分の長辺方向に沿って押し出された押出材により形成することにより、各部分の強度を効率よく高めることができる。
第３部分２３０、第４部分２４０、および第６部分２６０をＹ軸方向に沿って押し出された押出材により形成することにより、Ｙ軸方向の強度を高め、より大きなセル膨化力を受け止めることができる。
また、電池セル１１０の積層体１００をケース２００により直接支持する構造（Ｃｅｌｌ ｔｏ Ｐａｃｋ）とすることにより、部品点数を削減することができる。
以上の結果として、本実施の形態に係る電池パックによれば、コスト削減、高エネルギー密度、省スペース化を実現することができる。
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２に係る電池パックのケース２００のみを示す分解斜視図である。
図７は、実施の形態２に係る電池パックのケース２００のみを示す分解斜視図である。
本実施の形態に係る電池パックは、実施の形態１に係る電池パックの変形例であって、第１部分２１０および第２部分２２０のＸ軸方向の両端面を第３部分２３０および第４部分２４０の側面に結合するようにした点を特徴とする。その他の点については、実施の形態１と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。
本実施の形態に係る電池パックによれば、実施の形態１に係る電池パックに比べて、第１部分２１０および第２部分２２０と第３部分２３０および第４部分２４０とで形成される角部に発生する応力が高くなる。したがって、本実施の形態に係る構造は、比較的セル膨化力が小さい場合に適している。また、本実施の形態に係る構造は、実施の形態１に係る電池パックに比べて組み付けが比較的容易であり、一層の製造コストの低減を図ることができる。
本実施の形態に係る電池パックによれば、実施の形態１と同様に、コスト削減、高エネルギー密度、省スペース化を実現することができる。
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係る蓄電装置のケース２００のみを示す分解斜視図である。図９は、電池パックのＹ軸方向に沿う断面図である。
図８は、実施の形態３に係る蓄電装置のケース２００のみを示す分解斜視図である。図９は、電池パックのＹ軸方向に沿う断面図である。
本実施の形態に係る電池パックは、実施の形態１，２に係る電池パックの変形例であって、図８，図９に示すように、ケース２００におけるＹ軸方向の中央部分にＸ軸方向に延びる第７部分２７０（中間プレート）が設けられている点を特徴とする。その他の点については、実施の形態１および２と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。
図９に示すように、第７部分２７０のＹ軸方向の両側に積層体１００が各々設けられる。第７部分２７０は、Ｙ軸方向の両側から電池セル１１０の膨化力を受け止めて相殺する。第５部分２５０は、第１部分２１０ないし第４部分２４０に加えて、第７部分２７０にも固定される。
第７部分２７０は、電池パックに側突荷重が入力されたとき、側突衝撃力を吸収することができる。また、第７部分２７０は、ケース２００のねじり剛性を向上させ得る。
なお、第７部分２７０は、ケース２００におけるＸ軸方向の中央部分にＹ軸方向に延びるように設けられてもよい。
第７部分２７０（中間プレート）を設けることにより、１つの電池パックに搭載する電池セル１１０の数が多くなり、ケース２００の全長ないし全幅が大きくなる場合にも対応することが可能となる。
本実施の形態に係る電池パックによれば、実施の形態１および２と同様に、コスト削減、高エネルギー密度、省スペース化を実現することができる。
（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４に係る電池パックのケース２００のみを示す分解斜視図である。
図１０は、実施の形態４に係る電池パックのケース２００のみを示す分解斜視図である。
本実施の形態に係る電池パックは、実施の形態３に係る電池パックのさらなる変形例であって、図１０に示すように、ケース２００におけるＹ軸方向の中央部分にＸ軸方向に延びる第７部分２７０（中間プレート）を設ける（実施の形態３と同様）とともに、Ｘ軸方向にケース２００を拡張し、Ｘ軸方向の中央部分に位置するスペーサ２６０Ｂを挟んで２つの第６部分２６０が設けられている点を特徴とする。その他の点については、実施の形態１ないし３と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。
ケース２００をＸ軸方向にも拡張することにより、さらに多くの電池セル１１０を１つの電池パックに搭載することが可能となる。
本実施の形態に係る電池パックによれば、実施の形態１ないし３と同様に、コスト削減、高エネルギー密度、省スペース化を実現することができる。
（実施の形態５）
図１１は、実施の形態５に係る電池パックのケース２００のみを示す分解斜視図である。
図１１は、実施の形態５に係る電池パックのケース２００のみを示す分解斜視図である。
本実施の形態に係る電池パックは、実施の形態１ないし４に係る電池パックの変形例であって、図１１に示すように、ケース２００の第１部分２１０および第２部分２２０と第５部分２５０との間にせん断構造を設けた点を特徴とする。その他の点については、実施の形態１ないし４と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。
より具体的には、ケース２００の第５部分２５０は、第１部分２１０および第２部分２２０に対してＹ軸方向から当接するコンタクト部２５１を含む。第１部分２１０および第２部分２２０には、コンタクト部２１１，２２１（凹部）が各々形成される。第５部分２５０のコンタクト部２５１が、第１部分２１０および第２部分２２０のコンタクト部２１１，２２１にＹ軸方向から当接する。
第５部分２５０にコンタクト部２５１を設けることにより、第１部分２１０および第２部分２２０から第５部分に向けて効率的にＹ軸方向の力を伝達することが可能となり、より大きなセル膨化力をケース２００により受け止めることが可能となり得る。
本実施の形態に係る電池パックによれば、実施の形態１ないし４と同様に、コスト削減、高エネルギー密度、省スペース化を実現することができる。
（蓋面部分の接合構造）
図１２，図１３は、ケース２００の側面部分と蓋面部分との接合構造の例を示す図である。
図１２，図１３は、ケース２００の側面部分と蓋面部分との接合構造の例を示す図である。
図１２，図１３に示す例では、第５部分２５０は、接着／シーリング層２９０を介して第１部分２１０（第２部分２２０ないし第４部分２４０も同様）に当接する。締結部材２８０Ａ，２８０Ｂが第５部分２５０を貫通し、第１部分２１０に固定される。
図１２に示す締結部材２８０Ａはフロードリルスクリュー（ＦＤＳ）である。締結部材２８０Ａは、塑性流動により第１部分２１０側に雌ねじを形成しながら第５部分２５０を第１部分２１０に固定する。
図１３に示す締結部材２８０Ｂはボルトまたはねじであり、第１部分２１０に予めねじインサート２８０Ｃがはめ込まれたねじ穴２１２が形成されており、締結部材２８０Ｂがねじインサート２８０Ｃに挿入されることにより第５部分２５０が第１部分２１０に固定される。
ただし、ケース２００の側面部分と蓋面部分との接合構造は図１２，図１３に示すものに限定されない。
以上、本技術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。本技術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。
１００ 積層体、１１０ 電池セル、１２０ エンドセパレータ、１３０ セル間セパレータ、２００ ケース、２１０ 第１部分、２１０Ａ 第１空洞、２１１ コンタクト部、２１２ ねじ穴、２２０ 第２部分、２２０Ａ 第２空洞、２２１ コンタクト部、２３０ 第３部分、２３０Ａ 第３空洞、２４０ 第４部分、２４０Ａ 第４空洞、２５０ 第５部分、２５１ コンタクト部、２６０ 第６部分、２６０Ａ 冷却媒体通路、２６０Ｂ スペーサ、２６１ 第１底面部分、２６２ 第２底面部分、２６３ 第３底面部分、２７０ 第７部分、２８０Ａ，２８０Ｂ 締結部材、２８０Ｃ ねじインサート、２９０ 接着／シーリング層。
Claims (9)
- 第１方向に積層された複数の蓄電セルの積層体と、
前記積層体を収容するケースとを備え、
前記ケースは、前記第１方向に沿って前記積層体の両端面に各々対向する第１部分および第２部分と、前記第１方向に直交する第２方向に沿って前記積層体の両側面に各々対向する第３部分および第４部分と、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向に沿って前記積層体の上面および底面に各々対向する第５部分および第６部分とを含み、
前記第１部分および前記第２部分は、前記積層体の前記両端面に各々当接し、前記積層体から前記第１方向の力を受け、
前記第１部分および前記第２部分が受けた前記第１方向の力が前記第３部分ないし前記第６部分の全てに伝達されることにより前記積層体が前記第１方向に沿って前記ケースに支持される、蓄電装置。 - 前記第１部分および前記第２部分は、前記第２方向に沿う長辺と前記第３方向に沿う短辺とを含む矩形形状を各々有し、
前記第１部分および前記第２部分は、前記第２方向に沿って押し出された押出材により形成された部分を各々含む、請求項１に記載の蓄電装置。 - 前記第１部分および前記第２部分には、前記第２方向に沿って延在する第１空洞および第２空洞が各々設けられる、請求項２に記載の蓄電装置。
- 前記第３部分および前記第４部分は、前記第１方向に沿って押し出された押出材により形成された部分を各々含む、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。
- 前記第３部分および前記第４部分には、前記第１方向に沿って延在する第３空洞および第４空洞が各々設けられる、請求項４に記載の蓄電装置。
- 前記第５部分は、前記第１部分および前記第２部分に対して前記第１方向から当接するコンタクト部を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電装置。
- 前記第６部分は、冷却媒体通路が形成された冷却プレートを含む、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。
- 前記第６部分は、前記第１方向に沿って押し出された押出材により形成された部分を含み、前記冷却媒体通路は前記第１方向に沿って延在する、請求項７に記載の蓄電装置。
- 前記複数の蓄電セルの底面は前記第６部分に接触する、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。
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