JP5613601B2 - 蓄電装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電セルが並んで筐体内に収められる蓄電装置に関するものである。

この種の蓄電装置として、特許文献１に開示された蓄電セル（ラミネート外装電池１０）は、電荷を蓄える積層体（電池本体１６）と、この積層体を収容するセルケース（ラミネートフィルム１１）と、積層体に接続されてセルケースから突出する電極端子（電極リード１７、１８）とを備える。

特開２００４−７１１７９号公報

しかしながら、このような従来の蓄電装置にあっては、筐体に発生する振動や衝撃によって電極端子が振れ、電極端子に亀裂等が生じる可能性があり、蓄電セルの耐久性を確保することが難しいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電セルの耐久性を高められる蓄電装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の蓄電セルが積層され筐体内に収められる蓄電装置であって、蓄電セルは、電荷を蓄える積層体と、この積層体を収容するセルケースと、積層体に接続されてセルケースから突出する電極端子と、を備え、蓄電セルは、筐体の蓄電セルの積層方向に垂直な２面によって押圧され、接続された隣り合う電極端子の間に絶縁性を持つ樹脂を充填して形成される電極包囲樹脂層を備えることを特徴とする。
また、本発明は、電極端子を有する複数の蓄電セルが積層され、前のケース板と後のケース板と左のケース板と右のケース板と上のケース板と底のケース板とで形成される筐体内に収容される蓄電装置の製造方法であって、底のケース板と蓄電セルとの間にケース端部収容空間を設けながら、蓄電セルを底のケース板と蓄電セルの積層方向に垂直な後のケース板と前のケース板とで囲う工程と、ケース端部収容空間に絶縁性を持つ樹脂を充填する工程と、前のケース板と後のケース板との間であって蓄電セルの右側と左側とに、右のケース板と左のケース板とをそれぞれ設置する工程と、右のケース板と左のケース板と前のケース板とを締結して、右のケース板と左のケース板と後のケース板とを締結することで、蓄電セルを後のケース板と前のケース板とで押圧する工程と、接続された隣り合う電極端子の間に絶縁性を持つ樹脂を充填して電極包囲樹脂層を形成する工程と、蓄電セルの上側に上のケース板を締結する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によると、隣り合う電極端子の間に電極包囲樹脂層が形成されることにより、電極端子が電極包囲樹脂層によって包まれる。これにより、筐体に発生する振動や衝撃によって電極端子が振れることを抑えられる。この結果、電極端子に亀裂等が生じることが抑えられ、蓄電セルの耐久性を高められる。

本発明の実施形態を示す蓄電装置の斜視図。 同じく蓄電装置の四面図。 同じく蓄電装置の底面図。 同じく図２のＡ−Ａ線に沿う蓄電装置の断面図。 同じく図２のＢ−Ｂ線に沿う蓄電装置の断面図。 本発明の他の実施形態を示す蓄電装置の断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に示す蓄電装置１は、例えば油圧ショベル等の建設機械に搭載され、電動機等の電源として用いられるものであり、建設機械に発生する振動や衝撃に耐える構造を持つ。

以下、蓄電装置１の構造を説明する。蓄電装置１は、複数の蓄電セル３からなる蓄電モジュール２が筐体５０内に収められる。

蓄電セル３は、化学反応により充電及び放電を行う二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池が用いられる。なお、これに限らず、蓄電セル３は、静電容量により電荷を蓄えるキャパシタ（コンデンサ）を用いても良い。

図４に示すように、蓄電セル３は、蓄電する積層体５と、この積層体５を収容する袋状のセルケース６とを備える。

積層体５は、図示しない複数の正極体及び負極体と、両者の間に介装されるセパレータとが積層される。この積層体５が電解液と共に袋状のセルケース６の中に収められる。

セルケース６の材料となるラミネートフィルムは、金属箔（アルミニウム箔）の中間層と、これを挟む樹脂の表層との３層以上の多層構造をもつ。

セルケース６は、積層体５と電解液を収容するケース胴体部７と、ラミネートフィルムの端部を張り合わせたケース端部８とを有する。セルケース６の端部として、ケース胴体部７から突出するケース端部８が設けられる。

セルケース６は、２枚のラミネートフィルムの端部どうしを例えば溶着によって張り合わせる工程によって形成される。この工程により、ケース胴体部７は、四角形の袋状に形成される。ケース端部８は、ケース胴体部７の周縁から突出される四角形の帯状に形成される。図５に示すように、ケース端部８は、上下左右に延びる４辺８ａ〜８ｄを有する。

蓄電セル３は、セルケース６から突出する一対の電極端子９を備える。各電極端子９は、セルケース６内に収容される積層体５の正極体、負極体のそれぞれに接続される。

蓄電装置１は、筐体５０に蓄電モジュール２の複数（８個）の蓄電セル３が並んで収容される。

図１は各蓄電セル３の電極端子９どうしが接続されていない状態を示す斜視図である。図２の（ａ）は各蓄電セル３の電極端子９どうしが接続されている状態を示す蓄電装置１の平面図である。

本実施形態では、図２の（ａ）に示すように、蓄電モジュール２の各蓄電セル３が直列に接続される。蓄電モジュール２の各蓄電セル３は、隣り合う電極端子９が正と負の関係になるように一列に並んで配置される。隣り合う蓄電セル３の電極端子９どうしが交互に接続されるとともに、蓄電モジュール２の両端部に配置される各蓄電セル３のうち、一方が隣り合う蓄電セル３の電極端子９と接続され、他方が図示しない例えば電源回路等に接続される。

なお、これに限らず、蓄電モジュール２の各蓄電セル３が並列に接続される構成としてもよい。また、各蓄電セル３が複数列に並んで配置される構成としてもよい。

蓄電装置１は、電源回路の作動時に蓄電セル３の充電、放電が行われる。蓄電セル３の充電、放電が行われるのに伴って蓄電セル３に生じる熱は、放熱板１０を介して筐体５０の外側に伝えられ、外気へと逃がされる。

図２の（ａ）は蓄電装置１の平面図であり、（ｂ）は蓄電装置１の正面図であり、（ｃ）は蓄電装置１の側面図であり、（ｄ）は蓄電装置１の底面図である。

筐体５０は、四角形の箱形に形成され、左右のケース板５５、５６と、左右のケース板５５、５６の前端面に並んで締結される前の下側ケース板５１及び上側ケース板（図示せず）と、左右のケース板５５、５６の後端面に締結される後のケース板５３と、左右のケース板５５、５６の下端面に締結される底部のケース板６０と、左右のケース板５５、５６の上端面に締結されるケース板（図示せず）とを備える。

筐体５０を構成する部材は、ケース板５１、５３、５５、５６、６０にアルミ材等の金属板が用いられる。

ケース板５１、５３、５５、５６、６０は、複数のネジを介して締結される。ケース板５１には複数（６個）の穴５８が形成され、この穴５８に挿通するネジ（図示せず）がケース板５５、５６に形成されるネジ穴（図示せず）に螺合する。

筐体５０に複数（８個）の蓄電セル３と複数（７個）の放熱板１０が積層された状態において、ケース板５１、５３の間で各蓄電セル３が放熱板１０を介して互いに押圧される。なお、ケース板５１、５３と、このケース板５１、５３に当接する両側の蓄電セル３の間にゴム板等の弾性材を圧縮して介装し、蓄電セル３を押圧する構成としてもよい。

穴６５には左右のケース板５５、５６に形成されるネジ穴（図示せず）に螺合するネジ（図示せず）が挿通し、ケース板６０はこのネジを介してケース板５５、５６に締結される。

筐体５０の底部に設けられるケース板６０には左右方向に延びる複数のスリット６１が開口する。スリット６１は、前後の下側ケース板５１、５３と平行に延びる。隣り合うスリット６１どうしの間隔は、蓄電セル３の前後方向の寸法（厚さ）と同等に設定される。

放熱板１０を筐体５０に組み付ける工程では、放熱板１０が筐体５０の外側からスリット６１に差し込まれる。これにより、放熱板１０を筐体５０に組み付ける作業が容易に行われる。

図５は図２の（ｄ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図５に示すように、放熱板１０は、筐体５０の内側に収容されて隣り合う蓄電セル３の間に介在するヒートシンク部１１と、筐体５０から外側に突出する放熱フィン部１２とを有する。

放熱板１０は、ヒートシンク部１１と放熱フィン部１２が互いに連接した平板状に形成される。放熱板１０は、例えばアルミ材等の熱伝導率が高い金属板が用いられる。放熱板１０は、Ｌ３の幅を有する。

放熱板１０のスリット６１を挿通する部位より筐体５０の内側の部位がヒートシンク部１１であり、筐体５０から外側に突出する部位が放熱フィン部１２にである。

放熱板１０は、隣り合う蓄電セル３の間に介在するヒートシンク部１１と、筐体５０から外側に突出する放熱フィン部１２とが一体形成される構造のため、蓄電セル３に生じる熱がヒートシンク部１１から放熱フィン部１２へと伝熱されて効率よく外気へ逃がされる。

図３は図２の（ｃ）を拡大したもので、蓄電装置１の底面図である。スリット６１の開口幅Ｓ１は、放熱板１０の板厚Ｓ２より大きく形成される。これにより、スリット６１と放熱板１０間の絶縁性が確保される。

なお、これに限らず、スリット６１の開口幅Ｓ１を、放熱板１０の板厚Ｓ２と略等しく形成してもよい。この場合には、スリット６１と放熱板１０が互いに当接し、蓄電セル３に生じる熱が放熱板１０からケース板６０へと伝えられ、蓄電セル３の放熱性を高められる。

図４は図２の（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

蓄電セル３が筐体５０に介装される工程において、ケース胴体部７と放熱板１０の表面に接着剤が塗布され、各蓄電セル３が放熱板１０を挟んで互いに押圧されることにより、ケース胴体部７が放熱板１０に隙間なく接着される。

蓄電モジュール２の両端部に配置される各蓄電セル３のケース胴体部７と筐体５０のケース板５１、５３とは接着剤により結合される。

蓄電装置１の筐体５０には建設機械の車両に発生する振動や衝撃が伝わるが、ケース胴体部７が放熱板１０と筐体５０に対して接着剤により結合されることにより、振動や衝撃によって蓄電セル３が筐体５０に対してズレないように保持される。これにより、セルケース６はラミネートフィルムの樹脂の表層が摩耗することが抑えられ、セルケース６の絶縁性が維持されるため、積層体５からセルケース６に漏電することが防止される。

上記の接着剤は、熱伝導率が高いものとして、例えばシリコン系接着剤が用いられる。蓄電セル３は、ケース胴体部７と放熱板１０及び筐体５０が熱伝率の高い接着剤を介して隙間なく接着されることにより、蓄電セル３に生じる熱が放熱板１０のヒートシンク部１１及び筐体５０へと効率よく伝えられる。

なお、これに限らず、蓄電セル３が放熱板１０を介さずに積層される構造の場合には、隣り合うケース胴体部７どうしが接着剤を介して接着される構成としてもよい。

図５に示すように、筐体５０に放熱板１０を介して積層された複数の蓄電セル３が収容された状態において、筐体５０の内側にはケース端部８の三辺８ｂ〜８ｄが介在するケース端部収容空間４０ｂ〜４０ｄが設けられ、このケース端部収容空間４０ｂ〜４０ｄに形成される絶縁性を持つ樹脂を充填することによって絶縁樹脂層４１が形成される。

絶縁樹脂層４１を形成する工程として、ケース端部収容空間４０ｂ〜４０ｄに絶縁性を持つ樹脂材を充填することによって、ケース端部８を包む樹脂モールドが形成される。

筐体５０の底部に設けられるケース端部収容空間４０ｃは、底のケース板６０と放熱板１０とセルケース６の間に画成され、ケース端部８の底辺８ｃを囲むようになっている。筐体５０の左右のケース板５５、５６が組み付けられる前の状態において、ケース端部収容空間４０ｃの左右から差し込まれるノズルからケース端部収容空間４０ｃに樹脂が充填されることにより、ケース端部８の底辺８ｃを包む絶縁樹脂層４１が形成される。

ケース端部収容空間４０ｂ、４０ｄは、左右のケース板５５、５６と放熱板１０とセルケース６の間にそれぞれ画成され、ケース端部８の左右辺８ｂ、８ｄを囲むようになっている。ケース端部収容空間４０ｂ、４０ｄの上方から差し込まれたノズルからケース端部収容空間４０ｂ、４０ｄに樹脂が充填されることにより、ケース端部８の左右辺８ｂ、８ｄをそれぞれ包む絶縁樹脂層４１が形成される。

図４、５に示すように、ケース端部収容空間４０ｂ〜４０ｄは、筐体５０の前後に設けられるケース板５１、５３によっても画成される。

絶縁樹脂層４１は、例えばシリコン樹脂またはウレタン樹脂等が用いられる。軟化した樹脂がケース端部収容空間４０ｂ〜４０ｄに充填される工程が行われることにより、充填された樹脂が硬化することによってケース端部８を包む絶縁樹脂層４１が形成される。

なお、これに限らず、絶縁樹脂層４１は、例えば発泡樹脂材が用いられ、軟化した発泡樹脂材がケース端部収容空間４０ｂ〜４０ｄに充填される工程が行われることにより、充填された樹脂が膨らんで硬化することによってケース端部８を包む絶縁樹脂層４１が形成される構成としてもよい。

こうしてケース端部８が絶縁樹脂層４１によって包まれることにより、金属製の放熱板１０及び筐体５０に対する絶縁が行われる。これにより、ラミネートフィルムの金属箔の静電容量によりセルケース６に電位が生じた状態であっても、ケース端部８から筐体５０や放熱板１０に漏電することが防止される。

また、ラミネートフィルムの絶縁層にピンホール、破損等が生じて、積層された蓄電セル３により高電圧が生じた状態であっても、ケース端部８から筐体５０や放熱板１０に漏電することが防止される。

図４、図５に示すように、筐体５０の内側には、電極端子９を収容する電極端子収容空間４４が設けられる。この電極端子収容空間４４に並ぶ電極端子９の間に絶縁性を持つ発泡樹脂材を充填する工程が行われる。この工程で、発泡樹脂材が膨らんで硬化することによって電極端子９及びケース端部８の上辺８ａを包む電極包囲樹脂層４５が発泡樹脂モールドとして形成される。これにより、隣り合う電極端子９の間、電極端子９と筐体５０の間に画成される狭小な空間に電極包囲樹脂層４５を形成することができる。

電極端子９とケース板５３の間に電極包囲樹脂層４５が形成される構造により、筐体５０に発生する振動や衝撃によって電極端子９がケース板５３に当接することが防止される。

隣り合う電極端子９の間に電極包囲樹脂層４５が形成され、電極端子９は絶縁性を持つ電極包囲樹脂層４５に包まれる構造により、電極端子９の絶縁性が確保されるとともに、筐体５０に発生する振動や衝撃によって電極端子９が振れることが抑えられ、電極端子９がケース板５３に当接することが防止されるとともに、電極端子９に亀裂が生じたり、切断されることを防止できる。

以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。

本実施形態では、複数の蓄電セル３が並んで筐体５０内に収められる蓄電装置１であって、蓄電セル３は、正極体及び負極体がセパレータを介して積層される積層体５と、この積層体５を収容するセルケース６と、積層体５に接続されセルケース６から突出する電極端子９と、隣り合う電極端子９の間に絶縁性を持つ樹脂を充填して形成される電極包囲樹脂層４５とを備える構成とする。

上記構成に基づき、隣り合う電極端子９の間に電極包囲樹脂層が形成されることにより、電極端子が電極包囲樹脂層によって包まれる。これにより、筐体５０に発生する振動や衝撃によって電極端子９が振れることを抑えられる。この結果、電極端子９に亀裂等が生じることが抑えられ、蓄電セル３の耐久性を高められる。

本実施形態では、隣り合う蓄電セル３の間に介装される放熱板１０が設けられ、セルケース６は放熱板１０と接着剤を介して接触する構成とした。

上記構成に基づき、セルケース６は、セルケース胴体部７が放熱板１０に対してズレることが抑えられ、セルケース６が摩耗することが防止される。これにより、セルケース６の絶縁性が維持され、セルケース６から放熱板１０に漏電することが防止される。

本実施形態では、隣り合う蓄電セル３の間に介装される複数の放熱板１０が設けられ、セルケース６は、ラミネートフィルムを張り合わせた袋状に形成され、積層体５を収容するセルケース胴体部７を有し、このセルケース胴体部７と放熱板１０とは接着剤を介して互いに結合される構成とした。

上記構成に基づき、セルケース６は、セルケース胴体部７が放熱板１０に対してズレることが抑えられ、ラミネートフィルムの樹脂の表層が摩耗することが防止される。これにより、セルケース６の絶縁性が維持され、セルケース６から放熱板１０に漏電することが防止される。

他の実施形態として、図６に示すように、蓄電装置７１は、筐体９０と放熱板８０とが一体形成される構成としてもよい。

放熱板８０の筐体９０の内側の部位がヒートシンク部８１であり、筐体９０から外側に突出する部位が放熱フィン部８２である。

この場合に、筐体９０と放熱板８０とが金属によって一体形成されることにより、蓄電セル３の冷却効率を高めることと、蓄電装置９０を構成する部品点数を削減することが両立され、蓄電装置９０の組み立て作業が容易になる。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ 蓄電装置
２ 蓄電モジュール
３ 蓄電セル
５ 積層体
６ セルケース
７ セルケース胴体部
８ セルケース端部
９ 電極端子
１０ 放熱板
４４ 電極端子収容空間
４５ 電極包囲樹脂層
５０ 筐体
６０ ケース板
６１ スリット

Claims (6)

1. 複数の蓄電セルが積層され筐体内に収められる蓄電装置であって、
   前記蓄電セルは、
   正極体及び負極体がセパレータを介して積層される積層体と、
   前記積層体を収容するセルケースと、
   前記積層体に接続されて前記セルケースから突出する電極端子と、を備え、
   前記蓄電セルは、前記筐体の前記蓄電セルの積層方向に垂直な２面によって押圧され、
   接続された隣り合う前記電極端子の間に絶縁性を持つ樹脂を充填して形成される電極包囲樹脂層を備えることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記蓄電セルと前記蓄電セルを押圧する前記筐体の間に弾性材が介装されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 隣り合う前記蓄電セルの間に少なくとも１枚の放熱板が介装されることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄電装置。
4. 前記放熱板は、前記蓄電セルの間に介装されるヒートシンク部と、前記筐体から外側に突出する放熱フィン部とが一体形成されることを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記セルケースは前記放熱板と接着剤を介して接触固定することを特徴とする請求項３または４に記載の蓄電装置。
6. 電極端子を有する複数の蓄電セルが積層され、前のケース板と後のケース板と左のケース板と右のケース板と上のケース板と底のケース板とで形成される筐体内に収容される蓄電装置の製造方法であって、
   前記底のケース板と前記蓄電セルとの間にケース端部収容空間を設けながら、前記蓄電セルを前記底のケース板と前記蓄電セルの積層方向に垂直な前記後のケース板と前記前のケース板とで囲う工程と、
   前記ケース端部収容空間に絶縁性を持つ樹脂を充填する工程と、
   前記前のケース板と前記後のケース板との間であって前記蓄電セルの右側と左側とに、前記右のケース板と前記左のケース板とをそれぞれ設置する工程と、
   前記右のケース板と前記左のケース板と前記前のケース板とを締結して、前記右のケース板と前記左のケース板と前記後のケース板とを締結することで、前記蓄電セルを前記後のケース板と前記前のケース板とで押圧する工程と、
   接続された隣り合う前記電極端子の間に絶縁性を持つ樹脂を充填して電極包囲樹脂層を形成する工程と、
   前記蓄電セルの上側に前記上のケース板を締結する工程と、を備えることを特徴とする蓄電装置の製造方法。

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