JP2023135132A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑制し、簡素な構成で蓄電セルの振動を抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置１００は、蓄電セル３０と、蓄電セル３０を内部に収容する収容ケース１０と、蓄電セル３０を収容ケース１０に固定する固定部材８０と、を備える。蓄電セル３０は、上面部３０ａおよび下面部３０ｂと、上面部３０ａおよび下面部３０ｂを接続する周面部３０ｃとを有する。収容ケース１０は、蓄電セル３０の周面部３０ｃを取り囲む周壁部１０ｃを有する。固定部材８０は、周面部３０ｃの一部と周壁部１０ｃの一部とを接続する２本以上のワイヤ部材８１，８２を含む。【選択図】図２

Description

本開示は、車両に搭載される蓄電装置に関する。

従来の蓄電装置として、特開２０２１－１２３２２７号公報（特許文献１）には、１つ以上の蓄電セルの上方および下方に緩衝部材を配置し、１つ以上の蓄電セルを収容する収容部の天井部および底部と当該１つ以上蓄電セルとによって緩衝部材を挟み込む構成が開示されている。

このように、衝撃部材を介して収容部の天井部と底部で１つ以上の蓄電セルを挟み込むことにより、押圧力によって１つ以上の蓄電セルを強固に固定でき、１つ以上の蓄電セルが振動することを抑制することができる。

特開２０２１－１２３２２７号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、緩衝部材と蓄電セルとの摩擦力によって、１つ以上の蓄電セルの移動（振動）が規制される。このため、緩衝部材を介して１つ以上の蓄電セルを押圧する押圧力を高くすることが要求される。押圧力を高くするために、収容部を構成する部材の重量が大きくなり、蓄電装置が大型化されてしまう。また、蓄電セルの数が増え、蓄電装置のサイズが大きくなるほど、蓄電装置が顕著に大型化されてしまう。

本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、大型化を抑制し、簡素な構成で蓄電セルの振動を抑制することができる蓄電装置を提供することにある。

本開示に基づく蓄電装置は、蓄電セルと、上記蓄電セルを内部に収容する収容ケースと、上記蓄電セルを上記収容ケースに固定する固定部材と、を備える。上記蓄電セルは、上面部および下面部と、上記上面部および上記下面部を接続する周面部とを有する。上記収容ケースは、上記蓄電セルの上記周面部を取り囲む周壁部を有する。上記固定部材は、上記周面部の一部と上記周壁部の一部とを接続する２本以上のワイヤ部材を含む。

上記構成によれば、ワイヤ部材によって簡素な構成で蓄電セルを収容ケースに固定することができる。また、ワイヤ部材によって蓄電セルに引張力を作用させることで、蓄電セルの振動を抑制することができる。加えて、ワイヤ部材を用いるため、大きな設置スペースも必要とならず、収容ケースの大型化を抑制することができる。

本開示によれば、大型化を抑制し、簡素な構成で蓄電セルの振動を抑制することができる蓄電装置を提供することができる。

実施の形態１に係る蓄電装置の概略上面図である。 実施の形態１に係る蓄電装置の概略断面図である。 実施の形態２に係る蓄電装置の概略断面図である。 実施の形態３に係る蓄電装置の概略断面図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る蓄電装置の概略上面図である。図２は、実施の形態１に係る蓄電装置の概略断面図である。なお、図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図を示している。図１および図２を参照して、実施の形態１に係る蓄電装置１００について説明する。

実施の形態１に係る蓄電装置１００は、モータとエンジンとの少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両、または、電気エネルギによって得られた駆動力で走行する電動車両に搭載される。

図１および図２に示すように、蓄電装置１００は、収容ケース１０、蓄電モジュール２０、および固定部材８０を備える。

収容ケース１０は、内部に蓄電モジュール２０および固定部材８０を収容する。収容ケースは、上下方向（ＤＲ３方向）に対向する上壁部１０ａおよび底壁部１０ｂ、ならびに周壁部１０ｃを含む。周壁部１０ｃは、上壁部１０ａおよび底壁部１０ｂの周縁同士を接続する。周壁部１０ｃは、後述する蓄電セル３０の周面部３０ｃの周囲を取り囲むように設けられている。

蓄電モジュール２０は、上面２０ａを有し、当該上面２０ａと上壁部１０ａとの間には、空隙が設けられている。これにより、収容ケース１０側から上下方向に蓄電モジュール２０に負荷がかかることを抑制することができる。

蓄電モジュール２０は、複数の蓄電セル３０、複数の導電部材５０、絶縁部材６１，６２、および一対の拘束プレート７１，７２を含む。

複数の蓄電セル３０および複数の導電部材５０は、絶縁部材６１，６２を介して一対の拘束プレート７１，７２によって拘束されている。これにより、複数の蓄電セル３０が上下方向に交差する方向にずれることを抑制することができる。

複数の蓄電セル３０および複数の導電部材５０は、交互に隣接するように上下方向に積層されている。互いに隣り合う蓄電セル３０は、その間に配置された導電部材５０によって電気的に接続されている。

蓄電セル３０は、いわゆるバイポーラ電池である。蓄電セル３０は、略直方体形状を有し、上面部３０ａ、下面部３０ｂ、および周面部３０ｃを有する。複数の蓄電セル３０の各々は、周方向に亘って周面部３０ｃと周壁部１０ｃとの間に空隙が形成されるように、収容ケース１０内に配置されている。蓄電セル３０は、電極積層体３１、および封止部３７とを備える。

電極積層体３１は、複数のバイポーラ電極３２と、複数のセパレータ３６と、電解液とを含む。複数のバイポーラ電極３２は、上方方向に積層されており、互いに隣り合うバイポーラ電極３２の間にセパレータ３６が介在している。

バイポーラ電極３２は、電極板３３と、電極層３４，３５とを含む。電極板３３は、板状に設けられており、上下方向に並ぶ第１主面および第２主面を有する。電極板３３は、たとえばニッケルまたはニッケル鋼板などで構成された金属からなる。

電極層３４，３５は、電極板３３の周縁の内側に形成されている。電極層３４は、上下方向の一方側に位置する電極板３３の上記第１主面に設けられている。電極層３５は、上下方向の他方側に位置する電極板３３の上記第２主面に設けられている。

電極層３４は、正極であり、正極活物質層を含んでいる。正極活物質としては、たとえば水素化ニッケルが挙げられる。正極活物質の他、導電材およびバインダを含有してもよい。電極層３５は、負極であり、負極活物質を含んでいる。負極活物質としては、たとえば水素吸蔵合金が挙げられる。

セパレータ３６は、上述のように互いに隣り合うバイポーラ電極３２の各々に形成された電極層３４，３５の間に配置されている。具体的には、上下方向の一方側に位置するバイポーラ電極３２が有する電極層３５と、上下方向の他方側に位置するバイポーラ電極３２が有する電極層３４との間に配置されている。

セパレータ３６は、たとえばシート状に形成されている、セパレータ３６としては、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、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、メチルセルロースなどからなる織布または不織布などが挙げられる。セパレータ３６は、フッ化ビニリデン樹脂化合物で補強されたものであってもよい。

封止部３７は、上下方向に互いに隣り合うバイポーラ電極３２の間に空間が形成されるように、複数のバイポーラ電極３２の周縁を封止する。封止部３７は、当該空間を密封している。封止部３７の外周面によって蓄電セル３０の周面部３０ｃが構成されている。

複数のバイポーラ電極３２の周縁が封止部３７に埋設されており、これにより封止部３７は、複数のバイポーラ電極３２を保持する。

封止部３７は、たとえば絶縁性の樹脂で構成されている。封止部３７は、たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、または、変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）などから構成され得る。

バイポーラ電極３２の間に形成された上述の空間内には、電解液が収容されている。電解液は、たとえば水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を含む。電解液は、電極層３４，３５、およびセパレータ３６に含浸される。

固定部材８０は、蓄電モジュール２０を収容ケース１０に固定する。固定部材８０は、４本のワイヤ部材８１，８２，８３，８４を複数組含む。本実施の形態においては、複数組のワイヤ部材８１，８２，８３，８４は、蓄電セル３０の個数に応じて設けられており、一組のワイヤ部材８１，８２，８３，８４によって、１つの蓄電セル３０が収容ケース１０に固定されている。

具体的には、ワイヤ部材８１，８２，８３，８４は、蓄電セル３０の周面部３０ｃの一部と収容ケース１０の周壁部１０ｃの一部とを接続する。ワイヤ部材８１，８２，８３，８４は、上面視した場合に、蓄電セル３０の４つの角部と、周壁部１０ｃの４つの角部を接続する。

ワイヤ部材８１，８４は、対角に配置されている。具体的には、ワイヤ部材８１は、上下方向に直交する第１方向（ＤＲ１方向）の一方側、かつ、上下方向および第１方向に直交する第２方向（ＤＲ２方向）の一方側に位置する。ワイヤ部材８１は、第１方向の他方側、かつ、第２方向の他方側に位置する。

ワイヤ部材８２，８３は、対角に配置されている。具体的には、ワイヤ部材８２は、第１方向の他方側、かつ、第２方向の一方側に位置する。ワイヤ部材８３は、第１方向の一方側、かつ、第２方向の他方側に位置する。

上述のように、ワイヤ部材８１，８２，８３，８４によって蓄電セル３０を収容ケース１０に固定することができるため、簡素な構成で蓄電セル３０を固定することができる。また、ワイヤ部材８１，８２，８３，８４によって蓄電セル３０に引張力が作用するため、蓄電セル３０の振動を抑制することができる。加えて、ワイヤ部材８１，８２，８３，８４を用いるため、大きな設置スペースも必要とならず、収容ケース１０の大型化を抑制することができる。また、ワイヤ部材８１，８２，８３，８４は、軽量であるため、重量の増加も抑制することができる。

さらに、蓄電セル３０は引張力が作用した状態で保持されているため、蓄電セル３０を圧縮して保持する場合と比較して、蓄電セル３０の周縁部が座屈変形等することを抑制することができる。これにより、蓄電セル３０の破損を抑制することができる。

さらに、車両が衝突された場合には、ワイヤ部材が撓むことで、蓄電セル３０に直接衝撃が入ることを抑制することができる。特に、周方向に亘って蓄電セル３０の周面部３０ｃと周壁部１０ｃとの間に空隙が設けられた状態で、蓄電セル３０が収容ケース１０内に収容されている場合には、上記のような衝撃の入力を効果的に抑制することができる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る蓄電装置の概略断面図である。図３を参照して、実施の形態２に係る蓄電装置１００Ａについて説明する。

図３に示すように、実施の形態２に係る蓄電装置１００Ａは、実施の形態１に係る蓄電装置１００と比較した場合に、一対の拘束プレート７１，７２が省略され、バンド部材等の不図示の拘束部材によって、最上に位置する蓄電セル３０の中央部に負荷がかからないように、複数の蓄電セル３０が拘束されている点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

このような構成される場合であっても、実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。また、蓄電モジュール２０Ａの上面２０ａ（最上に位置する蓄電セル３０の上面部３０ａ）と上壁部１０ａとの間に空隙が設けられており、かつ、上述のように、最上に位置する蓄電セル３０の中央部に負荷がかからないように複数の蓄電セル３０が拘束されることにより、蓄電セル３０の膨張部が押圧されなくなる。このため、膨張時に蓄電モジュール２０に入力される力を抑制でき、蓄電セル３０の破損をさらに抑制することができる。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に係る蓄電装置の概略断面図である。図４を参照して、実施の形態３に係る蓄電装置１００Ｂについて説明する。

図４に示すように、実施の形態３に係る蓄電装置１００Ｂは、実施の形態１に係る蓄電装置１００と比較した場合に、蓄電モジュール２０Ｂを構成する蓄電セル３０Ｂの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

蓄電セル３０Ｂは、たとえば、ラミネート型の全固体電池である。蓄電セル３０Ｂは、電極積層体３１Ｂと、ケース３８とを有する。電極積層体３１Ｂは、ケース３８内に収容されている。

電極積層体３１Ｂは、複数の第１電極板３１１と、複数の第２電極板３１２と、複数の固体電解質層３１３とを含む。

第１電極板３１１は、正極用の電極板である。当該第１電極板３１１の両面には、電鏡層として正極活物質層が形成されている。正極活物質層に含まれる正極活物質としては、たとえば、ＮＣＭ（ニッケルコバルトマンガン酸リチウム）等に代表される公知の正極活物質を適宜用いることができる。また、正極活物質層は、固体電解質を含んでいてもよい。この場合、固体電解質としては、硫化物固体電解質や酸化物電解質などを任意の固体電解質を用いることができる。

第２電極板３１２は、負極用の電極板である。当該第２電極板３１２の両面には、電極層として負極括物質層が形成されている。負極活物質層に含有される負極活物質としては、たとえば、グラファイト等を含む公知の力ーボン系負極合材、あるいは、その他の公知の負極活物質を適宜用いることができる。また、負極活物質層は、上述の正極括物質層同様に、硫化物固体電解質や酸化物電解質などを任意の固体電解質を含んでいてもよい。

固体電解質層３１３に含有される固体電解質としては、電池に使用可能な公知の固体電解質であれぱ特に限定されず、負極活物質層に含有される上述の固体電解質と同様のものを用いることができる。

複数の第１電極板３１１と、複数の第２電極板３１２とは、上下方向に交互に積層されている。具体的には、複数の第１電極板３１１と複数の第２電極板３１２とは、それらの間に固体電解質層３１３を挟み込むようにして、交互に積層されている。

ケース３８は、たとえば、ラミネートフィルムによって構成されている。具体的には、ケース３８は、第１ラミネートフィルム３８１および第２ラミネートフィルム３８２を含み、これらの周縁部が溶着されることで構成されている。すなわちケース３８の周面部３０ｃには、溶着部が設けられている。なお、ケース３８は、単一のラミネートフィルムで構成されていてもよい。第１ラミネートフィルム３８１および第２ラミネートフィルム３８２は、たとえば、表面が樹脂材料によりコーティングされたアルミニウム合金製のフィルムである。

本実施の形態においても、実施の形態１同様に、４本のワイヤ部材によって１つの蓄電セル３０Ｂが固定されている。なお、図４においては、４本のワイヤ部材のうち２つのワイヤ部材８１，８２が示されている。

上述のように、蓄電セル３０Ｂの周面部３０ｃには、周方向に亘って外側に突出する溶着部が設けられている。４本のワイヤ部材は、当該溶着部と周壁部１０ｃの内表面とを接続する。溶着部は、ケース３８の他の部分と比較して高い強度を有するため、ワイヤ部材を安定して固定することができる。

以上のように構成される場合であっても、実施の形態３に係る蓄電装置１００Ｂは、実施の形態１に係る蓄電装置１００とほぼ同様の効果が得られる。

なお、実施の形態２においては、蓄電セル３０Ｂが、全固体電池である場合を例示して説明したが、これに限定されない。固体電解質層３１３に代えて、セパレータが用いられ、ケース３８に電解液が注入されたものでもよい。

（その他の変形例）
上述の実施の形態１から３においては、１組のワイヤ部材は、４本のワイヤ部材によって構成される場合に限定されず、蓄電セル３０を張力によって周壁部１０ｃに固定できる限り、２本以上であればよい。

たとえば、固定部材８０が２本のワイヤ部材によって構成される場合には、２本のワイヤ部材のうち一方は、第１方向の一方側に位置する蓄電セル３０の周面部３０ｃと、第１方向の一方側に位置する収容ケース１０の周壁部１０ｃとを接続し、２本のワイヤ部材のうち他方は、第１方向の他方側に位置する蓄電セル３０の周面部３０ｃと、第１方向の他方側に位置する収容ケース１０の周壁部１０ｃとを接続してもよい。

また、２本のワイヤ部材のうち一方は、第２方向の一方側に位置する蓄電セル３０の周面部３０ｃと、第２方向の一方側に位置する収容ケース１０の周壁部１０ｃとを接続し、２本のワイヤ部材のうち他方は、第２方向の他方側に位置する蓄電セル３０の周面部３０ｃと、第２方向の他方側に位置する収容ケース１０の周壁部１０ｃとを接続してもよい。

上述の実施の形態１から３においては、各蓄電セル３０が１組のワイヤ部材によって固定される場合を例示して説明したが、これに限定されない。蓄電モジュールの振動を抑制できる限り、蓄電モジュールを構成する複数の蓄電セルの少なくともいずれかが、ワイヤ部材８１，８２，８３，８４によって収容ケース１０に固定されていてればよい。

上述の実施の形態１から３においては、蓄電セルが、バイポーラ電池、あるいは、ラミネート型電池である場合を例示して説明したが、これに限定されない。蓄電セルは、電池要素が、角筒状の筐体に収容された角筒型の二次電池であってもよい。なお、電池要素としては、正極層が形成された正極板、セパレータおよび負極層が形成された負極板が順に積層された電極積層体、あるいは電極積層体が巻回された巻回電極であってもよい。

［付記］
以上のように、本実施の形態は、以下のような開示を含む。
［構成１］
蓄電セルと、
上記蓄電セルを内部に収容する収容ケースと、
上記蓄電セルを上記収容ケースに固定する固定部材と、を備え、
上記蓄電セルは、上面部および下面部と、上記上面部および上記下面部を接続する周面部とを有し、
上記収容ケースは、上記蓄電セルの上記周面部を取り囲む周壁部を有し、
上記固定部材は、上記周面部の一部と上記周壁部の一部とを接続する２本以上のワイヤ部材を含む、蓄電装置。
［構成２］
上記周面部と上記周壁部との間に空隙が設けられた状態で、上記蓄電セルが上記収容ケース内に収容されている、構成１に記載の蓄電装置。
［構成３］
上記蓄電セルは、電極層が設けられた複数の電極板が上下方向に積層された積層電極体を有し、
上記上面部と上記収容ケースとの間に空隙が設けられている、構成１または２に記載の蓄電装置。
［構成４］
上記蓄電セルは、上下方向に複数積層された状態で上記収容ケース内に収容されており、
複数の上記蓄電セルの少なくともいずれかの上記周面部の一部と上記周壁部の一部とが、上記２本以上のワイヤ部材によって接続されており、
最も上方に位置する上記蓄電セルの上記上面部と上記収容ケースとの間に空隙が設けられている、構成１から３のいずれか１項に記載の蓄電装置。

以上、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。本発明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。

１０ 収容ケース、１０ａ 上壁部、１０ｂ 底壁部、１０ｃ 周壁部、２０，２０Ａ，２０Ｂ 蓄電モジュール、２０ａ 上面、３０，３０Ｂ 蓄電セル、３０ａ 上面部、３０ｂ 下面部、３０ｃ 周面部、３１，３１Ｂ 電極積層体、３２ バイポーラ電極、３３ 電極板、３４，３５ 電極層、３６ セパレータ、３７ 封止部、３８ ケース、５０ 導電部材、６１，６２ 絶縁部材、７１，７２ 拘束プレート、８０ 固定部材、８１，８２，８３，８４ ワイヤ部材、１００，１００Ａ，１００Ｂ 蓄電装置、３１１ 第１電極板、３１２ 第２電極板、３１３ 固体電解質層、３８１ 第１ラミネートフィルム、３８２ 第２ラミネートフィルム。

Claims (1)

1. 蓄電セルと、
   前記蓄電セルを内部に収容する収容ケースと、
   前記蓄電セルを前記収容ケースに固定する固定部材と、を備え、
   前記蓄電セルは、上面部および下面部と、前記上面部および前記下面部を接続する周面部とを有し、
   前記収容ケースは、前記蓄電セルの前記周面部を取り囲む周壁部を有し、
   前記固定部材は、前記周面部の一部と前記周壁部の一部とを接続する２本以上のワイヤ部材を含む、蓄電装置。

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