JP2024038410A - 蓄電デバイス、蓄電デバイス用外装部材、蓄電デバイス集合体、電動自動車及び蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性を向上できる蓄電デバイス、蓄電デバイス集合体及び電動自動車を提供する。【解決手段】熱接着性樹脂層38を有した積層体の外装部材20に蓄電素子11を封入し、電動自動車1に駆動源として搭載される蓄電デバイス10において、外装部材20が周縁シール部21と、周縁シール部21の内縁から所定の深さで形成されるとともに蓄電素子11を収納する収納部16とを有し、収納部16の深さ方向(Z方向)及び深さ方向に直交するX方向が電動自動車1の前後方向または左右方向に配置されるとともに、収納部16の深さ方向(Z方向)及びX方向に垂直なY方向が電動自動車1の高さ方向に配置されるようにした。【選択図】図3
Description
本発明は、電動自動車に搭載される蓄電デバイス及びその製造方法に関する。また本発明は、蓄電デバイスに用いられる蓄電デバイス用外装部材に関する。また本発明は蓄電デバイスを用いた蓄電デバイス集合体及び電動自動車に関する。
近年、環境対策や省資源化等の観点から、駆動力の少なくとも一部をモータが供給する電動自動車が注目されている。この電動自動車には、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)等がある。電気自動車はモータのみを動力源とし、ハイブリッド自動車及びプラグインハイブリッド自動車はモータ及びエンジンを動力源とする。
電動自動車に搭載される従来の蓄電デバイスは特許文献1に開示される。この蓄電デバイスは電池素子を外装部材により覆う平面視矩形の薄型二次電池から成っている。電池素子はセパレータを介して正極板と負極板とを対向配置し、正極板と負極板との間には電解質が配される。外装部材は金属箔を有した2つの積層体を熱接着性樹脂層により熱接着して電池素子を封入する。この時、正極板及び負極板にそれぞれ接続される端子が外装部材から突出する。
蓄電デバイスは厚さ方向に積み重ねられるとともに平面視矩形の短手方向に並設され、複数の蓄電デバイスから成る組電池が形成される。また組電池は蓄電デバイスの厚さ方向に積み重ねられ、複数の組電池から成る複合組電池が電動自動車のフロア下に設置される。
しかしながら、上記従来の蓄電デバイスによると、車載時に高さ方向に積み重ねられるため下方の蓄電デバイスに上方の蓄電デバイスの重量が加わる。これにより、積層体から成る外装部材が変形し、車の振動等によって加重が大きくなると外装部材が破損する場合がある。このため、蓄電デバイス及び電動自動車の信頼性が低下する問題があった。
本発明は、信頼性を向上できる蓄電デバイス、蓄電デバイス集合体及び電動自動車を提供することを目的とする。また本発明は信頼性を向上できる蓄電デバイスに用いられる蓄電デバイス用外装部材及び蓄電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、熱接着性樹脂層を有する積層体の外装部材に蓄電素子を封入し、電動自動車に駆動源として搭載される蓄電デバイスにおいて、前記外装部材が周縁シール部と、前記周縁シール部の内縁から所定の深さで形成されるとともに前記蓄電素子を収納する収納部とを有し、前記収納部の深さ方向及び前記収納部の深さ方向に直交する第1方向が電動自動車の前後方向または左右方向に配置されるとともに、前記収納部の深さ方向及び前記第1方向に直交する第2方向が電動自動車の高さ方向に配置されることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さよりも大きいことを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さの2倍~30倍であることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記第1方向に延びる前記周縁シール部が折曲により前記収納部の周壁上に重ねられることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記外装部材の流れ方向が前記第1方向に直交することを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記蓄電素子が第1電極端子及び第2電極端子を有し、前記第1電極端子及び前記第2電極端子が前記第2方向に延びる前記周縁シール部から突出することを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスにおいて、前記第1方向に対向する前記周縁シール部の一方から前記第1電極端子が突出し、他方から前記第2電極端子が突出することを特徴としている。
また本発明は、上記各構成の蓄電デバイスを前記収納部の深さ方向に複数並設して外装容器に収納し、電動自動車に搭載される蓄電デバイス集合体において、複数の前記蓄電デバイスを並設した方向の長さが前記第2方向の長さよりも大きいことを特徴としている。
また本発明は、上記構成の蓄電デバイス集合体において、複数の前記蓄電デバイスを並設した方向の長さよりも前記第1方向の長さが大きいことを特徴としている。
また本発明は、上記構成の蓄電デバイス集合体において、前記外装容器が載置される載置部材を備え、前記載置部材が温度調整機能を有することを特徴としている。
また本発明は、上記構成の蓄電デバイス集合体において、前記外装容器が載置される載置部材を備え、前記載置部材が液体吸収材により形成されることを特徴としている。
また本発明の電動自動車は、上記構成の蓄電デバイス集合体と、前記蓄電デバイス集合体から電力供給される駆動モータと、前記駆動モータにより駆動される車輪とを備え、前記蓄電デバイス集合体が車体底部に高さ方向に1段で配置されることを特徴としている。
また本発明は、電動自動車に駆動源として搭載される蓄電デバイスの蓄電素子を封入する蓄電デバイス用外装部材において、熱接着性樹脂層を有する積層体であり、一面に開口部を開口して所定の深さに形成されるとともに前記蓄電素子を収納する収納部と、前記開口部の周縁から外周側に突出するフランジ部とを有し、前記収納部の深さ方向に垂直な面内で前記収納部の所定の第1方向の長さが前記第1方向に直交する第2方向の長さよりも大きく、前記積層体の流れ方向が前記第1方向に直交することを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイス用外装部材において、前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さの2倍~30倍であることを特徴としている。
また本発明は、電動自動車に駆動源として搭載される蓄電デバイスの製造方法において、熱接着性樹脂層を有する積層体により収納部を備えた外装部材を準備する工程と、前記収納部に蓄電素子を収納して前記外装部材により包装する工程とを備え、前記収納部の深さ方向及び前記収納部の深さ方向に直交する第1方向が電動自動車の前後方向または左右方向に配置されるとともに、前記収納部の深さ方向及び前記第1方向に直交する第2方向が電動自動車の高さ方向に配置され、前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さよりも大きいことを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスの製造方法において、前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さの2倍~30倍であることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスの製造方法において、前記外装部材により包装する工程が、前記熱接着性樹脂層の熱接着により前記外装部材を封止する周縁シール部を前記外装部材の周部に形成し、前記第2方向に延びる前記周縁シール部を折曲して前記収納部の周壁上に重ねることを特徴としている。
また本発明は上記構成の蓄電デバイスの製造方法において、前記外装部材の流れ方向に対して前記第1方向が直交することを特徴としている。
本発明によると、蓄電デバイスが外装部材の収納部の深さ方向及び深さ方向に直交する第1方向を電動自動車の前後方向または左右方向に配置される。また、収納部の深さ方向及び第1方向に直交する第2方向が電動自動車の高さ方向に配置される。これにより、複数の蓄電デバイスを積み重ねずに電動自動車に設置して所望の電力を供給することができる。従って、積み重ねた際の加重による外装部材の破損を防止することができ、蓄電デバイス、蓄電デバイス集合体及び電動自動車の信頼性を向上することができる。
また本発明の蓄電デバイス用外装部材によると、積層体により形成され、収納部及びフランジ部を有する。また、収納部の深さ方向に垂直な面内で収納部の第1方向の長さが第1方向に直交する第2方向の長さよりも大きく、積層体の流れ方向が第1方向に直交する。これにより、フランジ部を熱接着して周縁シール部が形成され、第1方向に延びる周縁シール部を折曲した際に蓄電デバイス用外装部材のピンホール及びクラックを低減することができる。従って、蓄電デバイスの歩留りを向上することができる。
<第1実施形態>
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1、図2は第1実施形態の電動自動車1の側面図及び上面図を示している。電動自動車1は車輪2を駆動する動力源として駆動モータ3を備えている。電動自動車1の車体のフロア下には駆動モータ3に電力を供給する駆動源として蓄電デバイスパック5(蓄電デバイス集合体)が設置される。
以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1、図2は第1実施形態の電動自動車1の側面図及び上面図を示している。電動自動車1は車輪2を駆動する動力源として駆動モータ3を備えている。電動自動車1の車体のフロア下には駆動モータ3に電力を供給する駆動源として蓄電デバイスパック5(蓄電デバイス集合体)が設置される。
図3は蓄電デバイスパック5の斜視図を示している。蓄電デバイスパック5は複数の蓄電デバイス10を並設し、外装容器6により覆われる。複数の蓄電デバイス10を包装した蓄電デバイスモジュールを複数並設して蓄電デバイスパック5を構成してもよい。
各蓄電デバイス10には金属から成る正極の電極端子12及び負極の電極端子13(図4参照)が設けられる。電極端子12及び電極端子13は所定の順に電気接続され、一対の接続端子(不図示)が外装容器6から突出する。
外装容器6は熱接着性樹脂層、金属箔及び基材層を積層した積層体により形成される。各蓄電デバイス10と外装容器6との間の空間に充填材(不図示)を充填し、熱接着性樹脂層を熱接着して外装容器6が密封される。尚、外装容器6を射出成形品により形成してもよい。
図4、図5は蓄電デバイス10の分解斜視図及び側面断面図を示している。蓄電デバイス10は外装部材20に蓄電素子11を封入した二次電池から成っている。蓄電デバイス10として例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムイオン全固体電池、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル鉄蓄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、酸化銀亜鉛蓄電池、金属空気電池、多価カチオン電池等が用いられる。
蓄電素子11は正極板と負極板(いずれも不図示)とを絶縁体のセパレータ(不図示)を介して対向配置して形成される。正極板及び負極板にはそれぞれ電極端子12、13が接続される。長尺状のセパレータ、正極板及び負極板を巻回して蓄電素子11を形成することができる。シート状の正極板、セパレータ、負極板、セパレータの順に複数段に積層して蓄電素子11を形成してもよい。また、長尺状のセパレータ、正極板及び負極板を折り畳みにより積層して蓄電素子11を形成してもよい。
正極板と負極板との間には電解質が配される。本実施形態では電解質が電解液から成り、外装部材20の内部に充填される。電解質として固体電解質またはゲル電解質を用いてもよい。
外装部材20は内面に熱接着性樹脂層38(図6参照)を有した積層体から成る包装材15(第1包装材)及び包装材25(第2包装材)を備えている。
図6は包装材15の積層構造を示す断面図である。包装材25は包装材15と同じ積層構造になっている。包装材15及び包装材25は基材層34、バリア層36、熱接着性樹脂層38を順に積層して形成される。包装材15及び包装材25の厚みは強度を考慮して50μm以上が望ましく、蓄電デバイス10の軽量化を考慮して400μm以下が望ましい。
基材層34は絶縁性を有し、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムにより形成される。基材層34の厚みは例えば、10μm以上75μm以下に形成される。耐熱性の向上のために一軸延伸フィルムまたは二軸延伸フィルムにより基材層34を形成するとより望ましい。
また、耐ピンホール性、絶縁性等の向上のために、異なる素材の樹脂フィルムを複数積層して基材層34を形成してもよい。この時、複数の樹脂フィルムはポリウレタン系、アクリル系等の接着剤により接着される。本実施形態では、ポリエチレンテレフタレート(厚み12μm)とナイロン(厚み15μm)とを接着剤(厚み4μm)により積層して基材層34を形成している。
バリア層36は金属箔により形成され、水蒸気、酸素、光等の侵入を防止する。バリア層36を形成する金属として、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン等を用いることができる。バリア層36の厚みは例えば、10μm以上300μm以下に形成される。基材層34とバリア層36とはポリウレタン系、アクリル系等の接着剤(不図示)により接着される。本実施形態では厚み40μmのアルミニウム箔によりバリア層36を形成している。
熱接着性樹脂層38は熱接着性を有する樹脂であればよく、例えばポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等の熱接着性樹脂により形成される。異なる素材の樹脂を複数積層して熱接着性樹脂層38を形成してもよい。熱接着性樹脂層38の厚みは例えば、10μm以上100μm以下に形成される。熱接着性樹脂層38はバリア層36上に押出して形成される。熱接着性樹脂層38を形成するフィルムをバリア層36上に接着剤により接着してもよい。
本実施形態では、バリア層36上に酸変性ポリプロピレン(厚み40μm)、ポリプロピレン(厚み40μm)を順に押出して熱接着性樹脂層38を形成している。
図4、図5において、包装材25は矩形のシート状に形成される。包装材15は収納部16及びフランジ部17を有している。収納部16は一面に略矩形の開口部16aを開口し、蓄電素子11を収納する。フランジ部17は開口部16aの周縁から外周側に突出した環状に形成される。
フランジ部17及び包装材25の対向する熱接着性樹脂層38(図6参照)を熱接着することにより、収納部16の周囲に沿う環状の周縁シール部21(図5参照)が形成される。これにより、収納部16が周縁シール部21の内縁から所定の深さに形成され、周縁シール部21によって封止される。
包装材15はシート成形によってフランジ部17に対して収納部16を所定の深さに凹設して形成される。この時、収納部16は深さ方向に垂直な面内で一方向に延びた略矩形に形成される。
収納部16の深さは成形時のクラック等が発生しないように包装材15のバリア層36の厚みに応じて決められる。本実施形態では40μmの厚みのバリア層36に対して収納部16の深さを5mm~10mmに形成している。この時、収納部16の深さ方向に垂直な面内の各コーナーRは例えば約3mm、深さ方向に平行な面内の各コーナーRは例えば約1.5mmに形成される。尚、バリア層36の厚みを大きくすることにより、収納部16の深さを例えば、5mm~30mmに形成することができる。
蓄電デバイス10は収納部16の深さ方向(Y方向)を電動自動車1の前後方向に配置される。また、収納部16の深さ方向に垂直な面内の長手方向(X方向、第1方向)を電動自動車1の左右方向に配置され、短手方向(Z方向、第2方向)を電動自動車1の高さ方向に配置される。即ち、収納部16の深さ方向に直交するX方向を電動自動車1の左右方向に配置され、収納部16の深さ方向及びX方向に直交するZ方向を電動自動車1の高さ方向に配置される。
収納部16はシート成形により形成されるため深さを大きくすることが困難である。これに対して、収納部16は深さ方向に垂直な面内で直交する2方向の長さAx、Azを深さ方向の長さAyよりも容易に大きくすることができる。このため、収納部16の深さ方向(Y方向)を電動自動車1の前後方向に配置することにより、複数の蓄電デバイス10を積み重ねずに電動自動車1に設置して所望の電力を供給することができる。従って、積み重ねた際の加重による外装部材20の破損を防止することができ、蓄電デバイス10の信頼性を向上することができる。
加えて、電解質が電解液からなる場合は、蓄電デバイス10を収納部16の深さ方向(Y方向)に積み重ねると包装材25が加重により撓むため電解液が周部に押し出される。このため、中央部の正極板と負極板との間の電解液が不足し、蓄電デバイス10のエネルギー密度が低下する。従って、収納部16の深さ方向(Y方向)を前後方向に配置し、電解液を含む蓄電デバイス10のエネルギー密度の低下を防止することができる。
また、収納部16の深さ方向に垂直な面内の短手方向(Z方向)を高さ方向に配置するため、蓄電デバイス10の高さを小さくして電動自動車1の居住性を向上することができる。この時、収納部16はX方向に長く延びてX方向の長さAxがZ方向の長さAzよりも大きいため、高さを抑制して容量の大きい蓄電デバイス10を得ることができる。
収納部16のX方向の長さAxはZ方向の長さAzの2倍~30倍に形成される。長さAxが長さAzの2倍よりも小さいと蓄電デバイス10の容量が小さくなる。このため、長さAxを長さAzの2倍以上に形成し、蓄電デバイス10の容量を大きくすることができる。また、長さAxが長さAzの30倍を超えると包装材15を容易に成形できないため歩留りが低下する。このため、長さAxを長さAzの30倍以下に形成し、包装材15の成形時の歩留りを向上することができる。
また、X方向に延びる周縁シール部21は一点鎖線21’で示すように熱接着時にZ方向に突出し、熱接着後に折曲して収納部16の周壁上に重ねられる。これにより、蓄電デバイス10の高さをより小さくすることができる。
この時、積層体から成る包装材15、25の流れ方向(MD)はZ方向(X方向に直交)に配される。積層体を流れ方向に平行に折曲すると金属箔のクラックや樹脂フィルムのピンホールが発生する可能性が高くなる。包装材15、25の流れ方向がX方向に直交するため、X方向に延びる周縁シール部21を折曲した際に外装部材20のクラック及びピンホールの発生を抑制することができる。
包装材15、25の流れ方向(MD)は、バリア層36の金属箔(アルミニウム合金箔等)の圧延方向(RD)に対応する。包装材15、25のTDは金属箔のTDに対応する。金属箔の圧延方向(RD)は圧延目により判別できる。
また、包装材15、25の熱接着性樹脂層38の複数の断面を電子顕微鏡で観察して海島構造を確認し、熱接着性樹脂層38の厚み方向に垂直な方向の島の径の平均が最大であった断面と平行な方向をMDと判断することができる。金属箔の圧延目により包装材15、25のMDを特定できない場合に、この方法によりMDを特定することができる。
具体的には、熱接着性樹脂層38の長さ方向の断面と、当該長さ方向の断面と平行な方向から10度ずつ角度を変更し、長さ方向の断面と垂直な方向までの各断面(合計10の断面)について、それぞれ電子顕微鏡写真で観察して海島構造を確認する。次に、各断面上の個々の島について、熱接着性樹脂層38の厚み方向に垂直な方向の両端を結ぶ直線距離によって島の径dを計測する。次に、各断面毎に、大きい方から上位20個の島の径dの平均を算出する。そして、島の径dの平均が最も大きかった断面と平行な方向をMDと判断する。
電極端子12及び電極端子13はZ方向に延びてX方向に対向する周縁シール部21から突出する。このため、蓄電デバイス10の高さをより低くすることができる。また、X方向に対向する周縁シール部21の一方から電極端子12が突出し、他方から電極端子13が突出する。電極端子12及び電極端子13が接近すると電極端子12及び電極端子13の近傍の温度上昇が大きくなるため蓄電デバイス10が経年劣化し易い。このため、電極端子12及び電極端子13をX方向に離れて配置することにより、蓄電デバイス10の経年劣化を抑制することができる。
蓄電デバイス10は、成形加工された外装部材20を準備する工程後、蓄電素子11を外装部材20により包装する包装工程を行って製造される。また、必要に応じて包装工程後に折曲工程が設けられる。
外装部材20を成形加工する成形工程はロール状の積層体を所定長さで裁断し、冷間成形によりフランジ部17に対して収納部16を凹設して包装材15を形成する。この時、包装材15、25はロール状の積層体の流れ方向(MD)をZ方向に配して形成される。成形工程により外装部材20を準備してもよく、成形加工された外装部材20を入手して外装部材20を準備してもよい。
包装工程は電極端子12、13をフランジ部17上に配して蓄電素子11を収納部16に収納し、収納部16内に電解液を充填する。次に、包装材15のフランジ部17に包装材25を熱接着して収納部16の周囲に沿う周縁シール部21を形成し、収納部16を封止する。これにより、蓄電素子11が外装部材20により包装される。
折曲工程は積層体の流れ方向に垂直なX方向に延びた周縁シール部21を折曲して収納部16の周壁上に重ねる。
前述の図3において、蓄電デバイスパック5は複数の蓄電デバイス10をY方向に並設して形成され、高さ方向に1段で電動自動車1に設置される。尚、複数の蓄電デバイスパック5をX方向またはY方向に並べて電動自動車1に設置してもよい。
蓄電デバイスパック5のZ方向の長さBzは蓄電デバイス10の収納部16のZ方向の長さAzと略同じ長さに形成される。蓄電デバイスパック5のX方向の長さBxは蓄電デバイス10のX方向の長さと略同じ長さに形成される。また、蓄電デバイス10をY方向に並設するため、蓄電デバイスパック5のY方向の長さByはZ方向の長さBzよりも大きくなっている。
電動自動車1がセダンタイプまたはコンパクトカータイプの場合には、蓄電デバイスパック5の高さ(Z方向の長さBz)は例えば100mm以下に形成される。電動自動車1がSUVタイプまたはワンボックスタイプの場合には、蓄電デバイスパック5の高さ(Z方向の長さBz)は例えば150mm以下に形成される。
また、蓄電デバイスパック5のY方向の長さByは蓄電デバイス10の個数によって異なるが、Y方向の長さByよりもX方向の長さBxを大きく形成すると好ましい。これにより、蓄電デバイス10の個数を少なくして大容量の蓄電デバイスパック5を得ることができる。
本実施形態によると、蓄電デバイス10は外装部材20の収納部16の深さ方向(Y方向)が電動自動車1の前後方向に配置される。また、収納部16の深さ方向に直交するX方向(第1方向)が電動自動車1の左右方向に配置される。収納部16の深さ方向及びX方向に直交するZ方向(第2方向)が電動自動車1の高さ方向に配置される。即ち、収納部16の深さ方向に垂直な面内で直交するX方向(第1方向)及びZ方向(第2方向)がそれぞれ電動自動車1の左右方向及び高さ方向に配置される。
これにより、複数の蓄電デバイス10を積み重ねずに電動自動車1に設置して所望の電力を供給することができる。従って、積み重ねた際の加重による外装部材20の破損を防止することができ、蓄電デバイス10の信頼性を向上することができる。また、蓄電デバイス10が電解液を含む場合に、収納部16の深さ方向(Y方向)を前後方向に配置して蓄電デバイス10のエネルギー密度の低下を防止することができる。
また、収納部16の深さ方向に垂直な面内の短手方向(Z方向)を高さ方向に配置するため、収納部16のX方向の長さAxがZ方向の長さAzよりも大きい。これにより、蓄電デバイス10の高さを低くして電動自動車1の居住性を向上できるとともに、容量の大きい蓄電デバイス10を得ることができる。
また、収納部16のX方向の長さAxがZ方向の長さAzの2倍~30倍であるので、容量の大きい蓄電デバイス10を得られるとともに外装部材20の歩留りを向上することができる。
また、X方向に延びる周縁シール部21が折曲により収納部16の周壁上に重ねられるので、蓄電デバイス10の高さをより低くすることができる。
また、包装材15、25の流れ方向がX方向に直交するので、X方向に延びる周縁シール部21を折曲した際に外装部材20のクラック及びピンホールの発生を抑制することができる。
また、電極端子12及び電極端子13がZ方向に延びる周縁シール部21から突出するので、蓄電デバイス10の高さをより低くすることができる。
また、X方向に対向する周縁シール部21の一方から電極端子12が突出し、他方から電極端子13が突出するので、蓄電デバイス10の経年劣化を抑制することができる。
また、蓄電デバイスパック5(蓄電デバイス集合体)が蓄電デバイス10を収納部16の深さ方向(Y方向)に並設して形成され、蓄電デバイスパック5のY方向の長さByがZ方向の長さBzよりも大きい。これにより、蓄電デバイスパック5の高さを低くして所望の電力を供給することができる。
また、電動自動車1の高さ方向に蓄電デバイスパック5が1段で設置されるため、電動自動車1の居住性を向上することができる。
<第2実施形態>
次に、図7、図8は第2実施形態の蓄電デバイス10の分解斜視図及び側面断面図を示している。説明の便宜上、前述の図1~図6に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は包装材25の形状が第1実施形態と異なっており、その他の部分は第1実施形態と同様である。
次に、図7、図8は第2実施形態の蓄電デバイス10の分解斜視図及び側面断面図を示している。説明の便宜上、前述の図1~図6に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は包装材25の形状が第1実施形態と異なっており、その他の部分は第1実施形態と同様である。
包装材25は包装材15と同様に収納部26及びフランジ部27を有している。収納部26は一面に略矩形の開口部26aを開口する。包装材15の収納部16及び包装材25の収納部26に蓄電素子11が収納される。フランジ部27は開口部26aの周縁から外周側に突出した環状に形成される。
フランジ部17及びフランジ部27の熱接着性樹脂層38(図6参照)を熱接着することにより、収納部16及び収納部26の周囲に沿う環状の周縁シール部21が形成される。これにより、周縁シール部21の内縁から所定の深さに形成される収納部16及び収納部26が周縁シール部21によって封止される。
また、X方向に延びる周縁シール部21は熱接着時に一点鎖線21’で示すようにZ方向に突出し、熱接着後に折曲して収納部16または収納部26の周壁上に重ねられる。
蓄電デバイス10は収納部16、26の深さ方向(Y方向)を電動自動車1の前後方向に配置される。また、収納部16、26の深さ方向に垂直な面内の長手方向(X方向)を電動自動車1の左右方向に配置され、短手方向(Z方向)を電動自動車1の高さ方向に配置される。
これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、包装材15及び包装材25がそれぞれ収納部16及び収納部26を備えるので、蓄電素子11の体積を大きくして蓄電デバイス10の容量を大きくすることができる。従って、蓄電デバイスパック5(図3参照)を形成する蓄電デバイス10の数量を削減し、蓄電デバイスパック5の製造工数を削減することができる。
図9に示すように、蓄電デバイス10は保護カバー8、9により覆われていてもよい。保護カバー8、9は射出成形により一面に開口を有した断面矩形の有底筒状に形成される。また、保護カバー9の外形が保護カバー8の開口よりも小さく形成される。
外装部材20の周部に突出する周縁シール部21は保護カバー9の周壁に沿って折曲され、保護カバー8が周縁シール部21に沿って保護カバー9に被嵌される。これにより、周縁シール部21は収納部16、26の開口部16a、26a(図7参照)の周縁から離れた位置で折曲される。このため、周縁シール部21の折曲によるクラックやピンホールの発生を低減することができる。
図10は、図9と異なる形状の保護カバー8、9により覆われた蓄電デバイス10を示している。保護カバー8、9は射出成形により略同一形状に形成され、一面に開口を有した有底筒状に形成される。蓄電デバイス10は折曲工程を省かれ、外装部材20の周部に突出する周縁シール部21を保護カバー8、9の周壁により挟んだ状態で保護カバー8、9が固定される。これにより、周縁シール部21が保護される。折曲工程が省かれるため、周縁シール部21の折曲によるクラックやピンホールの発生を低減することができる。
尚、第1実施形態の蓄電デバイス10についても同様の保護カバー8、9により外装部材20を覆ってもよい。
<第3実施形態>
次に、図11は第3実施形態の蓄電デバイス10の分解斜視図を示している。説明の便宜上、前述の図7、図8に示す第2実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は包装材15及び包装材25が単一部材により形成される。その他の部分は第2実施形態と同様である。
次に、図11は第3実施形態の蓄電デバイス10の分解斜視図を示している。説明の便宜上、前述の図7、図8に示す第2実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は包装材15及び包装材25が単一部材により形成される。その他の部分は第2実施形態と同様である。
外装部材20は収納部16を有する包装材15と、収納部26を有する包装材25とがZ方向に連続して一体に形成される。包装材15のフランジ部17と包装材25のフランジ部27とは折り線20aを介して面一に形成される。
収納部16または収納部26内に蓄電素子11を配した後、外装部材20はX方向に延びる折り線20a上で折曲される。そして、対向するフランジ部17、27を熱接着して周縁シール部21が形成される。
本実施形態によると、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。また、包装材15及び包装材25が単一部材により形成されるので、蓄電デバイス10の部品点数を削減することができる。
本実施形態において、開口部16a、26aを近接し、折り線20aを開口部16a、26aの周縁に沿って設けてもよい。これにより、蓄電デバイス10の下面を平坦に形成することができる。このため、蓄電デバイス10が設置される設置面と蓄電デバイス10との密着性が高くなり、蓄電デバイス10の放熱性を向上することができる。
尚、第1、第2実施形態の包装材15と包装材25とを下端の折り線を介して連設される単一部材により形成してもよい。
<第4実施形態>
次に、図12は第4実施形態の電動自動車1の上面図を示している。説明の便宜上、前述の図1~図6に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第1実施形態に対して蓄電デバイスパック5の配置が異なっている。その他の部分は第1実施形態と同様である。
次に、図12は第4実施形態の電動自動車1の上面図を示している。説明の便宜上、前述の図1~図6に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は第1実施形態に対して蓄電デバイスパック5の配置が異なっている。その他の部分は第1実施形態と同様である。
蓄電デバイスパック5は電動自動車1の車体のフロア下に設置され、蓄電デバイス10の並設方向を電動自動車1の左右方向に配置される。これにより、蓄電デバイス10は収納部16(図4参照)の深さ方向(Y方向)を電動自動車1の左右方向に配置される。また、収納部16の深さ方向に垂直な面内の長手方向(X方向、第1方向)を電動自動車1の前後方向に配置され、短手方向(Z方向、第2方向)を電動自動車1の高さ方向に配置される。即ち、収納部16の深さ方向に直交するX方向を電動自動車1の前後方向に配置され、収納部16の深さ方向及びX方向に直交するZ方向を電動自動車1の高さ方向に配置される。
これにより、複数の蓄電デバイス10を積み重ねずに電動自動車1に設置して所望の電力を供給することができる。従って、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電動自動車1の走行時に前面のフロントグリルを介して内部に取り込まれた空気が後方に流通し、蓄電デバイスパック5の各蓄電デバイス10に接触する。このため、蓄電デバイス10を冷却することができる。
尚、第2実施形態または第3実施形態の蓄電デバイス10を電動自動車1に設置し、蓄電デバイス10の並設方向を電動自動車1の左右方向に配置してもよい。
第1~第4実施形態において、収納部16、26のY方向に垂直な断面形状を略矩形に形成しているが、長円、楕円、多角形等の他の形状でもよい。
また、蓄電デバイスパック5の外装容器6を温度調整機能を有した載置部材上に載置してもよい。例えば、載置部材を金属プレートにより形成して蓄電デバイスパック5の熱を放熱し、蓄電デバイス10の温度上昇を抑制することができる。この時、載置部材に循環水を流通してもよい。また、蓄電デバイス10が全固体電池等の場合に載置部材にヒータを設け、ヒータのオンオフによって蓄電デバイス10を適温に維持してもよい。
また、蓄電デバイスパック5の外装容器6を液体吸収材により形成される載置部材上に載置してもよい。例えば、載置部材を不織布により形成し、蓄電デバイスパック5から電解液が漏れた際に載置部材により吸収することができる。
また、駆動モータ3に電力を供給する蓄電デバイス10が二次電池から成るが、キャパシタ(電解コンデンサ、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等)であってもよい。
本発明によると、蓄電デバイスを搭載した電動自動車に広く利用可能である。
1 電動自動車
2 車輪
3 駆動モータ
5 蓄電デバイスパック
6 外装容器
10 蓄電デバイス
11 蓄電素子
12、13 電極端子
15、25 包装材
16、26 収納部
16a、26a 開口部
17、27 フランジ部
20 外装部材
20a 折り線
21 周縁シール部
34 基材層
36 バリア層
38 熱接着性樹脂層
2 車輪
3 駆動モータ
5 蓄電デバイスパック
6 外装容器
10 蓄電デバイス
11 蓄電素子
12、13 電極端子
15、25 包装材
16、26 収納部
16a、26a 開口部
17、27 フランジ部
20 外装部材
20a 折り線
21 周縁シール部
34 基材層
36 バリア層
38 熱接着性樹脂層
Claims (18)
- 熱接着性樹脂層を有する積層体の外装部材に蓄電素子を封入し、電動自動車に駆動源として搭載される蓄電デバイスにおいて、前記外装部材が周縁シール部と、前記周縁シール部の内縁から所定の深さで形成されるとともに前記蓄電素子を収納する収納部とを有し、前記収納部の深さ方向及び前記収納部の深さ方向に直交する第1方向が電動自動車の前後方向または左右方向に配置されるとともに、前記収納部の深さ方向及び前記第1方向に直交する第2方向が電動自動車の高さ方向に配置されることを特徴とする蓄電デバイス。
- 前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイス。
- 前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さの2倍~30倍であることを特徴とする請求項2に記載の蓄電デバイス。
- 前記第1方向に延びる前記周縁シール部が折曲により前記収納部の周壁上に重ねられることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれかに記載の蓄電デバイス。
- 前記外装部材の流れ方向が前記第1方向に直交することを特徴とする請求項4に記載の蓄電デバイス。
- 前記蓄電素子が第1電極端子及び第2電極端子を有し、前記第1電極端子及び前記第2電極端子が前記第2方向に延びる前記周縁シール部から突出することを特徴とする請求項1~請求項5のいずれかに記載の蓄電デバイス。
- 前記第1方向に対向する前記周縁シール部の一方から前記第1電極端子が突出し、他方から前記第2電極端子が突出することを特徴とする請求項6に記載の蓄電デバイス。
- 請求項1~請求項7のいずれかに記載の蓄電デバイスを前記収納部の深さ方向に複数並設して外装容器に収納し、電動自動車に搭載される蓄電デバイス集合体において、複数の前記蓄電デバイスを並設した方向の長さが前記第2方向の長さよりも大きいことを特徴とする蓄電デバイス集合体。
- 複数の前記蓄電デバイスを並設した方向の長さよりも前記第1方向の長さが大きいことを特徴とする請求項8に記載の蓄電デバイス集合体。
- 前記外装容器が載置される載置部材を備え、前記載置部材が温度調整機能を有することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の蓄電デバイス集合体。
- 前記外装容器が載置される載置部材を備え、前記載置部材が液体吸収材により形成されることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の蓄電デバイス集合体。
- 請求項8~請求項11のいずれかに記載の蓄電デバイス集合体と、前記蓄電デバイス集合体から電力供給される駆動モータと、前記駆動モータにより駆動される車輪とを備え、前記蓄電デバイス集合体が車体底部に高さ方向に1段で配置されることを特徴とする電動自動車。
- 電動自動車に駆動源として搭載される蓄電デバイスの蓄電素子を封入する蓄電デバイス用外装部材において、熱接着性樹脂層を有する積層体であり、一面に開口部を開口して所定の深さに形成されるとともに前記蓄電素子を収納する収納部と、前記開口部の周縁から外周側に突出するフランジ部とを有し、前記収納部の深さ方向に垂直な面内で前記収納部の所定の第1方向の長さが前記第1方向に直交する第2方向の長さよりも大きく、前記積層体の流れ方向が前記第1方向に直交することを特徴とする蓄電デバイス用外装部材。
- 前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さの2倍~30倍であることを特徴とする請求項13に記載の蓄電デバイス用外装部材。
- 電動自動車に駆動源として搭載される蓄電デバイスの製造方法において、熱接着性樹脂層を有する積層体により収納部を備えた外装部材を準備する工程と、前記収納部に蓄電素子を収納して前記外装部材により包装する工程とを備え、前記収納部の深さ方向及び前記収納部の深さ方向に直交する第1方向が電動自動車の前後方向または左右方向に配置されるとともに、前記収納部の深さ方向及び前記第1方向に直交する第2方向が電動自動車の高さ方向に配置され、前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さよりも大きいことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
- 前記収納部の前記第1方向の長さが前記第2方向の長さの2倍~30倍であることを特徴とする請求項15に記載の蓄電デバイスの製造方法。
- 前記外装部材により包装する工程が、前記熱接着性樹脂層の熱接着により前記外装部材を封止する周縁シール部を前記外装部材の周部に形成し、前記第2方向に延びる前記周縁シール部を折曲して前記収納部の周壁上に重ねることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の蓄電デバイスの製造方法。
- 前記外装部材の流れ方向に対して前記第1方向が直交することを特徴とする請求項17に記載の蓄電デバイスの製造方法。
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