JP5233316B2

JP5233316B2 - 蓄電器及び車両

Info

Publication number: JP5233316B2
Application number: JP2008044159A
Authority: JP
Inventors: 強林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP2009205820A

Description

本発明は、蓄電素子を熱交換媒体を通過させるための隙間を介して積層した蓄電器に関する。

電気車両、ハイブリッド車両の駆動用又は補助用電源として、冷媒を通過させるための隙間を介して角型電池を積層した組電池が知られている。この種の組電池では、車両走行時に受ける振動による各角型電池の位置ずれを防止するために、組電池全体を拘束バンドで拘束している。

特許文献１（特開２００１−６８０８１号公報）に開示した組電池の構成を説明する。
図６は、組電池の斜視図である。

組電池１００は、角型の電池セル１０２を複数個（図示例では、１５個）並列配置することにより構成されている。電池セル１０２の並設方向における両端部には、エンドプレート１０３、１０４が設けられている。

各電池セル１０２のＸＺ平面を含む側面には正極端子１１１及び負極端子１１２が設けられており、各電池セル１０２は正極端子１１１と負極端子１１２とが交互に反対向きとなるように並列配置され、隣接する端子１１１、１１２を順次相互に接続することにより各電池セル１０２を直列に接続している。

エンドプレート１０３、１０４には、固定部材１０６により拘束板１０５が固定されており、この拘束板１０５は、電池セル１０２の並設方向に延びており、Ｚ軸方向視において組電池１２を横断するように設けられている。

隣接する電池セル１０２間には、冷媒を通過させるための隙間１２０が形成されており、隙間１２０を介して組電池１００の内部をＺ軸方向に冷却風が流れる。これにより、組電池１００を冷却して、温度上昇による組電池１００の劣化を抑制している。
特開２００１−６８０８１号公報特開２００６−１７２８８２号公報特開２００７−４８７５０号公報特開２００７−１６５６９８号公報特開２００５−５１６７号公報

しかしながら、上述の構成では、隣接する電池セル１０２間に形成された隙間１２０に流入又は流出する冷却風が、拘束板１０５に当接する。そのため、組電池１００に対する冷却効率が損なわれるおそれがある。

そこで、本願発明は、蓄電器の冷却と拘束を両立することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の蓄電器は、（１）複数の蓄電素子を熱交換媒体を通過させるための隙間を介して積層した蓄電器であって、前記蓄電素子の端子設置面に隣接する面に前記熱交換媒体が流入する流入面を形成し、前記複数の蓄電素子を拘束する拘束バンドを、前記端子設置面に設置し、前記隙間には、前記端子設置面を含む面内方向であって、かつ、前記蓄電素子の積層方向に対して直交する方向への前記拘束バンドの移動を阻止する当接部を有するスペーサが配置されていることを特徴とする。

（１）の構成によれば、各蓄電素子間の隙間を流れる熱交換媒体の媒体通路を犠牲にするとがない上に、端子周辺の狭い領域にコンパクトに拘束バンドを配置できる。また、蓄電器に外力が加わった際に、各蓄電素子の位置ずれを効果的に抑制できる。さらに、当接部をスペーサと別部材で構成する必要がなくなるため、蓄電器の構造を簡素化することができる。

（２）（１）の構成において、前記スペーサには、前記積層方向に隣接する蓄電素子を押圧する複数の突起部を設けるのが好ましい。

（２）の構成によれば、蓄電体の内部の発電要素を押圧できるため、蓄電体の性能低下を抑制できる。

（３）（２）の構成において、前記突起部は、前記熱交換媒体をガイドするガイド部材を兼ねている。

（３）の構成によれば、前記隙間内における熱交換媒体を一方向にスムーズに流すことができる。しかも、突起部は押圧部材とガイド部材とを兼ねているため、部品点数の削減によるコストの低下及び構造の簡素化を図ることができる。
（４）（１）乃至（３）の構成において、前記拘束バンドは、前記端子設置面における端子間領域の外側に配置することができる。

（４）の構成によれば、端子設置面における端子間領域を有効に活用することができる。例えば、端子間領域に配置されるガス放出弁との干渉を容易に回避することができる。また、ガス放出弁の寸法を大きくすることもできる。

本発明によれば、各蓄電素子間の隙間を流れる熱交換媒体の媒体通路を犠牲にするとがない上に、端子周辺の狭い領域にコンパクトに拘束バンドを配置できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１、図２及び図４を参照しながら、本発明の一実施形態である蓄電器の概略構成を説明する。図１は蓄電器の斜視図であり、図２は組電池の分解斜視図である。図４は図１の蓄電器のＹ１−Ｙ２断面図であり、説明を容易にするために、一部の構造を投影して図示している。

蓄電器１は、スペーサ１３を介して電池セル（蓄電素子）１１をＸ軸方向に積層した組電池１２と、組電池１２のＸ軸方向両端部にそれぞれ配置されるエンドプレート１４、１５とを含む。本実施例では、組電池１２をＹ軸方向に二個配列している。なお、電池セル１１の積層方向、つまり、Ｘ軸方向が特許請求の範囲に記載の「積層方向」に相当する。

電池セル１１のＺ軸方向の一端面（以下、端子設置面という）には、正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂが設けられている。また、端子設置面における、端子１１a、ｂに挟まれた領域の外側には、組電池１２をＸ軸方向の圧縮するための拘束バンド１６が設置されている。なお、端子設置面とは、組電池１２のＸ，Ｙ及びＺ軸方向の端面のうち端子１１a、ｂが位置する側の面という意味である。

このように、端子設置面に拘束バンド１６を接触させて配置することにより、端子１１a、１１ｂ周辺の狭い領域にコンパクトに拘束バンド１６を配置できる。これにより、蓄電器１を小型化することもできる。

拘束バンド１６は、電池セル１１の積層方向（Ｘ軸方向）に延びており、その一端部がエンドプレート１４に固定され、その他端部がエンドプレート１５に固定されている。スペーサ１３及びエンドプレート１４、１５には、拘束バンド１６のＹ軸方向の移動を阻止するための当接部１３ａ、１４ａ、１５ａが形成されている。なお、Ｙ軸方向が特許請求の範囲に記載の「前記端子設置面を含む面内方向であって、かつ、前記蓄電素子の積層方向に対して直交する方向」に相当する。

上述の構成によれば、Ｙ軸方向の負荷が蓄電器１に加わった際に、当接部１３ａ、１４ａ、１５ａに拘束バンド１６を当接させることができるため、各電池セル１１のＹ軸方向への位置ずれを効果的に抑制できる。

蓄電器１のＹ軸方向の一端面（流入面）には、冷却風（熱交換媒体）を蓄電器１に導入するための吸気管１７が取り付けられており、蓄電器１のＹ軸方向の他端面には、蓄電器１に導入された冷却風を排出するための排気管１８が取り付けられている。

上述の構成において、吸気管１７に導入された冷却風は、組電池１２のＹ軸方向の一端面の側からＸ軸方向に隣接する電池セル１１の隙間に流入する。これらの電池セル１１の隙間に流入した冷却風は、スペーサ１３に沿ってＹ軸方向に進み各電池セル１１を冷却する。

電池セル１１の冷却に用いられた冷却風は、組電池１２のＹ軸方向の他端面から流出して、排気管１８に排出される。このように、冷却風の流入口及び流出口が形成された組電池１２のＹ軸方向の端面を避けて拘束バンド１６を配置することにより、拘束バンド１６に冷却風が接触するのを防止できる。これにより、組電池１２に対する冷却効率の低下を抑制できる。換言すれば、組電池１２に対する冷却風の通風面積の低下を抑制できる。

次に、図１乃至図５を参照しながら、蓄電器１の詳細な構成を説明する。図３は拘束バンド１６の構造を詳細に図示した蓄電器の分解斜視図であり、図５は、Ｘ軸方向視における蓄電器１の側面図である。なお、図１乃至図３では、当接部１３ａを省略して図示している。

これらの図において、電池セル１１は、角型であり、発電要素を有している。発電要素は、電極板（正極板及び負極板）と、セパレータと、電解質とで構成されており、公知の構成を適宜、適用することができる。

ここで、正極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に正極層を形成したものを用い、負極板としては、アルミニウム等の金属（合金を含む）で形成された集電体の表面に負極層を形成したものを用いることができる。より具体的には、ニッケル−水素電池では、正極層の活物質として、ニッケル酸化物を用い、負極層の活物質として、ＭｍＮｉ（５−ｘ−ｙ−ｚ）ＡｌｘＭｎｙＣｏｚ（Ｍｍ：ミッシュメタル）等の水素吸蔵合金を用いることができる。また、リチウムイオン電池では、正極層の活物質として、リチウム−遷移金属複合酸化物を用い、負極層の活物質として、カーボンを用いることができる。

電池セル１１のＺ軸方向一端面には、突状の正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂがＹ軸方向に並んで設けられている。Ｘ軸方向に隣接する電池セル１１は、互いに正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの向きがＹ軸方向において反対向きとなるように配列されている。また、Ｙ軸方向に隣接する電池セル１１は、互いに正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの向きがＹ軸方向において同じ向きとなるように配列されている。

正極端子１１ａ及び負極端子１１ｂの間にはガス放出弁１１ｃが形成されている（図２参照）。ガス放出弁１１ｃは、過充電などの際に電解液が電気分解することにより発生したガスにより電池セル１１の内圧が高まると破壊するように構成されている。これにより、電池セル１１の内部のガスを電池セル１１の外部に放出して、電池セル１１の内圧上昇を抑制できる。

Ｙ軸方向に隣接する電池セル１１は、不図示のバスバーにより直列に接続されている。具体的には、各電池セル１１の端子１１ａ、１１ｂのうち組電池１２の中央側（Ｙ軸方向の中央側）に位置する端子１１ａ及び端子１１ｂを、前記バスバーにより接続している。

Ｘ軸方向に隣接する電池セル１１は、不図示のバスバーにより直列に接続されている。
具体的には、各電池セル１１の端子１１ａ、１１ｂのうち組電池１２の外側（Ｙ軸方向の外側）に位置する端子１１ａ及び１１ｂを、前記バスバーにより接続している。拘束バンド１６及び当接部１３ａ、１４ａ、１５ａにより各電池セル１１のＹ軸方向への位置ずれが防止されるため、前記バスバーの変形をも抑制することができる。

次に、Ｘ軸方向に隣接する電池セル１１の隙間に配置されるスペーサ１３の構成について説明する。図２に図示するように、スペーサ１３のＸ軸方向（電池セル１１の積層方向）の両端面には、複数の突起部１３ｃが櫛歯状に形成されている。スペーサ１３の資材には、樹脂を用いることができる。

突起部１３ｃは、Ｙ軸方向に延びており、Ｚ軸方向に一定の間隔を隔てて複数設けられている。突起部１３ｃと電池セル１１の内部に収容された発電要素とのＹ軸方向の寸法は、略同じに設定されている。蓄電器１の組立状態において（図１参照）、突起部１３ｃのＸ軸方向の端面は、電池セル１１に当接して、電池セル１１の内部の発電要素を押圧している。これにより、蓄電器１の振動時において、集電体から正極層及び負極層の活物質が剥がれるのを防止できる。その結果、組電池１２の性能低下を抑制できる。

また、突起部１３ｃ及び電池セル１１の当接状態において、各突起部１３ｃの間には隙間が形成されている。この隙間を通って、吸気管１７から吸気された冷却風が、電池セル１１の外面に沿ってＹ軸方向に移動する。このように、本実施形態の突起部１３ｃは、電池セル１１を押圧する押圧部材と冷却風をガイドするガイド部材としての役割を有している。これにより、部品点数の削減による低コスト化及び蓄電器１の小型化をはかることができる。さらに、電池の性能低下の防止と冷却効率の向上とを同時に実現することができる。

図４に図示するように、スペーサ１３の上端面には、第１〜第３の当接部１３ａ１〜３が形成されている。第１の当接部１３ａ１と右側に配置された電池セル１１の負極端子１１ｂとの間には、第１のアッパー拘束バンド１６ａ１が設けられており、第２の当接部１３ａ２と右側に配置された電池セル１１の正極端子１１ａとの間には、第２のアッパー拘束バンド１６ａ２が設けられており、第２の当接部１３ａ２と左側に配置された電池セル１１の正極端子１１ａとの間には、第３のアッパー拘束バンド１６ａ３が設けられており、第３の当接部１３ａ３と左側に配置された電池セル１１の負極端子１１ｂとの間には、第４のアッパー拘束バンド１６ａ４が設けられている。

アッパー拘束バンド１６ａ１〜４は、図３に図示するように、両端部がＬ字状に折れ曲がった曲部１６１ａ１〜４を有しており、この曲部１６１ａ１〜４はエンドプレート１４、１５のＸ軸方向の端面に沿ってＺ軸方向に延びている。

アッパー拘束バンド１６ａ１〜４の資材には、樹脂を用いることができる。また、アッパー拘束バンド１６ａ１〜４の表面には、絶縁処理を施すのが好ましい。これにより、蓄電器１の漏電などを防止できる。

アッパー拘束バンド１６ａ１〜４の曲部１６１ａ１〜４には、不図示のリベットを締結するための孔部１６２ａ１〜４が形成されている。

ロア拘束バンド１６ｂ１〜４は、図３に図示するように、両端部がＬ字状に折れ曲がった曲部１６１ｂ１〜４を有しており、この曲部１６１ｂ１〜４はエンドプレート１４、１５のＸ軸方向の端面に沿ってＺ軸方向に延びている。

ロア拘束バンド１６ｂ１〜４の資材には、樹脂を用いることができる。また、ロア拘束バンド１６ｂ１〜４の表面には、絶縁処理を施すのが好ましい。これにより、蓄電器１の漏電などを防止できる。

ロア拘束バンド１６ｂ１〜４の曲部１６１ｂ１〜４には、不図示のリベットを締結するための孔部１６２ｂ１〜４が形成されている。

上述の構成において、アッパー拘束バンド１６ａ１及びロア拘束バンド１６ｂ１を蓄電器１の取り付け位置に位置決めした状態において、アッパー拘束バンド１６ａ１の孔部１６２ａ１及びロア拘束バンド１６ｂ１の孔部１６２ｂ１は、ＹＺ面内における位置が重複している。

したがって、これらの孔部１６２ａ１、１６２ｂ１にＸ軸方向から不図示のリベットを挿入して、かしめることにより、アッパー拘束バンド１６ａ１及びロア拘束バンド１６ｂ１を固定することができる。これにより、組電池１２をＸ軸方向から拘束することができる。

さらに、アッパー拘束バンド１６ａ１は、端子設置面に接触している。これにより、端子１１ａ、１１ｂ周りの小スペースにコンパクトにアッパー拘束バンド１６ａ１を組み付けることができる。

また、端子１１ａ又は端子１１ｂと第１の当接部１３ａ１との間にアッパー拘束バンド１６ａ１を配置することにより、ガス放出弁１１ｃとアッパー拘束バンド１６ａ１とがオーバラップするのを防止できる。これにより、電池異常に際にガス放出弁１１ｃから容易にガスを放出させることができる。さらに、ガス放出弁１１ｃのサイズを大きくすることもできる。

アッパー拘束バンド１６ａ２〜４及びロア拘束バンド１６ｂ２〜４についても、アッパー拘束バンド１６ａ１及びロア拘束バンド１６ｂ１と同様の方法で、固定することができる。また、アッパー拘束バンド１６ａ２〜４は、アッパー拘束バンド１６ａ１と同様の効果を得ることができる。

組電池１２及びロア拘束バンド１６ｂ１〜４の間には、絶縁シート２４が配設されている。これにより、蓄電器１の漏電を防止することができる。

エンドプレート１４、１５にはそれぞれ、締結穴部１４ｂ、１５ｂが形成されており、これらの締結穴部１４ｂ、１５ｂにボルトを締結することにより、エンドプレート１４、１５をロアカバー（不図示）に固定することができる。また、図３に図示するように、Ｘ軸方向に並列された２７個のスペーサ１３のうち５つのスペーサ１３のみに、ロアカバー（不図示）に固定するための締結穴部１３ｂを形成している。

このように、一部のスペーサ１３のみに締結穴部１３ｂを形成することにより、全てのスペーサ１３に締結穴部を形成する場合よりも、作業効率及びコストの削減を図ることができる。また、拘束バンド１６により組電池１２をＸ軸方向に圧縮して拘束しているため、締結穴部１３ｂを有するスペーサ１３の数が少なくても、電池セル１１の位置ずれを確実に防止することができる。

吸気管１７は組電池１２のＹ軸方向の一端面に取り付けられており、排気管１８は組電池１２のＹ軸方向の他端面に取り付けられている。

次に、蓄電器１の冷却時の動作について説明する。組電池１２の温度が所定温度を超えると、不図示の冷却ファンが作動して、吸気管１７内に冷却風が供給される。吸気管１７内の冷却風は、組電池１２のＹ軸方向の一端面からスペーサ１３及び電池セル１１の間に形成された隙間に流入する。

本実施形態では、冷却風の流入口が形成される組電池１２のＹ軸方向の端面を避けて拘束バンド１６を配置しているため、拘束バンド１６に冷却風が接触するのを防止できる。つまり、拘束バンド１６に妨げられることなく組電池１２に冷却風を送り込むことができるため、組電池１２を効率良く冷却することができる。

組電池１２に流入した冷却風は、スペーサ１３のＸ軸方向の両端面に形成された突起部１３ｃ（図２参照）にガイドされながら、Ｙ軸方向に進み、各電池セル１１を冷却する。電池セル１１の冷却に用いられた冷却風は、組電池１２のＹ軸方向の他端面から流出して、排気管１８を通って外部に排出される。

本実施例形態では、冷却風の流出口が形成される組電池１２のＹ軸方向の端面を避けて拘束バンド１６を配置しているため、拘束バンド１６に冷却風が接触するのを防止できる。つまり、拘束バンド１６に妨げられることなく組電池１２から冷却風を排出することができるため、組電池１２を効率良く冷却することができる。

（実施形態の参考例）
上述の実施形態では、スペーサ１３に形成された突起部を当接部１３ａとしたが、拘束バンド１６に突起部を形成し、この突起部をスペーサ１３に形成された開口部（当接部）に係合させてもよい。これにより、上述の実施形態と同様に、電池セル１１のＹ軸方向への位置ずれを効果的に抑制できる。

また、スペーサ１３を省略することもできる。この構成であっても、冷却風の流入口及び流出口を避けるように拘束バンド１６が配置されているため、拘束バンド１６に冷却風が接触するのを防止できる。スペーサ１３を省略した場合に、拘束バンド１６に当接する当接部を電池セル１１の外面に設けることができる。

電池セル１１、組電池１２の個数は、適宜変更することができる。

蓄電器の斜視図である。組電池の斜視図である。拘束バンドの構造を詳細に図示した蓄電器の分解斜視図である。図１の蓄電器Ｙ１−Ｙ２断面図である。Ｘ軸方向から視たときの蓄電器の側面図である。従来の組電池の斜視図である。

符号の説明

１４０蓄電器
１１４１１４２１電池セル
１１ａ１１ｂ４１ａ４１ｂ端子
１２４１４２組電池
１３スペーサ
１３ａ当接部
１３ｃ突起部
１４１５４８４９エンドプレート
１６４６４７拘束バンド
１７吸気管
１８排気管

Claims

複数の蓄電素子を熱交換媒体を通過させるための隙間を介して積層した蓄電器であって、
前記蓄電素子の端子設置面に隣接する面に前記熱交換媒体が流入する流入面を形成し、前記複数の蓄電素子を拘束する拘束バンドを、前記端子設置面に設置し、
前記隙間には、前記端子設置面を含む面内方向であって、かつ、前記蓄電素子の積層方向に対して直交する方向への前記拘束バンドの移動を阻止する当接部を有するスペーサが配置されていることを特徴とする蓄電器。
前記スペーサは、前記積層方向に隣接する蓄電素子を押圧する複数の突起部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電器。
前記突起部は、前記熱交換媒体をガイドするガイド部材を兼ねることを特徴とする請求項２に記載の蓄電器。
前記拘束バンドは、前記端子設置面における端子間領域の外側に位置することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の蓄電器。
前記端子設置面における端子間領域にガス放出弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の蓄電器。
前記蓄電体は、角型であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の蓄電器。
請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の蓄電器を有する車両。