JP6488889B2 - 蓄電装置モジュール - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置モジュールに関する。

従来の蓄電装置モジュールとして、複数の隔壁のそれぞれに支持される複数の単位電池を配列し、締結板で挟み込んで拘束荷重を付加する構成を備える二次電池モジュールが知られている（例えば特許文献１参照）。このような単位電池は、ケースの内部に陽極、陰極及びセパレータからなる電極群を挿入して構成されている。また、隔壁は、板状のベースと、当該ベースに形成されると共に単位電池と接する複数の突起と、から主に構成されている。これらの突起間に形成される空間には、過充電等によって発熱した二次電池を冷却するための空気が流れている。これにより、単位電池の放熱性を確保している。

特開２００６−１２８４７号公報

上述したような二次電池モジュール（蓄電装置モジュール）では、単位電池（蓄電装置）の膨張時において、複数の突起を介して、蓄電装置の電極群付近に過剰な拘束荷重が付加される場合がある。この場合、蓄電装置に何らかの不具合が生じるおそれがある。このため、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付加されるのを抑制することが求められている。

本発明は、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付加されるのを抑制することができる蓄電装置モジュールを提供することを目的とする。

本発明の蓄電装置モジュールは、蓄電装置ホルダによって保持された蓄電装置を複数配列してなる配列体と、配列体に対して蓄電装置の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、蓄電装置ホルダは、背板と、背板の一方面に突設され、冷却空気の流路を形成すると共に蓄電装置の膨張時の荷重を支える複数の第１リブ及び複数の第２リブとを有し、第１リブは、背板の周縁部に沿って配列されており、第２リブは、背板の周縁部よりも内側において第１リブに対して背板の一方面の第１方向にオフセットするように配列されており、第２リブの断面積は、第１リブの断面積よりも小さい。

この蓄電装置モジュールでは、第１リブは、背板の周縁部に沿って配列されており、第２リブは、背板の周縁部よりも内側において第１リブに対して背板の一方面の第１方向にオフセットするように配列されている。これにより、背板の周縁部に配列された第１リブ間に流入した冷却空気は、背板における周縁部の内側に到達したときに、第１方向にオフセットされた第２リブによって分岐される。このとき、当該冷却空気が撹拌されるため、蓄電装置の放熱性を確保することができる。また、第２リブの断面積は、第１リブの断面積よりも小さい。これにより、背板の周縁部で蓄電装置に対する拘束荷重を確保する一方で、背板の周縁部の内側における剛性を低下させることができる。この結果、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付与されるのを抑制することができる。

本発明の蓄電装置モジュールでは、第２リブの幅は、第１リブの幅よりも狭くてもよい。冷却空気の撹拌効果に対する第２リブの幅の依存性は低いので、第２リブの幅が第１リブの幅よりも狭い場合であっても、冷却空気の撹拌効果を維持することができる。したがって、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、背板の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。

本発明の蓄電装置モジュールでは、第２リブの長さは、第１リブの長さよりも短くてもよい。冷却空気の撹拌効果に対する第２リブの長さの依存性は低いので、第２リブの長さが第１リブの長さよりも短い場合であっても、冷却空気の撹拌効果を維持することができる。したがって、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、背板の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。

本発明の蓄電装置モジュールでは、第１方向における第２リブ間のピッチは、第１方向に垂直な第２方向の一方側に向かうに連れて狭くなっており、第１方向における第２リブの配列数は、第２方向の一方側に向かうに連れて増えていてもよい。一般的に、第２方向の一方側に向かって流れる冷却空気は、第２方向の一方側に向かうに連れて蓄電装置との熱交換によって放熱性が低下する。しかしながら、このような第２リブを有する蓄電装置モジュールでは、第２方向の一方側に向かうに連れて撹拌が促進されるので、放熱性を維持することができる。

本発明の蓄電装置モジュールでは、第２リブの長さは、第２方向の一方側に向かうに連れて短くなっていてもよい。これにより、第２方向の一方側に向かうに連れて撹拌を促進させる構成において、第２方向の位置に依存することなく、背板の周縁部の内側における剛性を一層低下させることできる。

本発明によれば、蓄電装置の放熱性を確保しつつ、蓄電装置の所定領域に過剰な拘束荷重が付加されるのを抑制することができる。

本実施形態に係る蓄電装置モジュールとしての電池モジュールを示す概略図である。 図１のセルホルダを示す斜視図である。 図１の電池モジュールの変形例の背壁部を示す図である。 図１の電池モジュールの別の変形例の背壁部を示す図である。 図１の電池モジュールの更に別の変形例の背壁部を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、蓄電装置モジュールの一実施形態として電池モジュールを示す概略図である。同図に示されるように、電池モジュール（蓄電装置モジュール）１は、配列体２と、配列体２に対して拘束荷重を付加するエンドプレート（拘束部材）３，３と、配列体２とエンドプレート３との間に介在する弾性体４と、を備えて構成されている。

配列体２は、複数（ここでは７体）の電池（蓄電装置）１０と、各電池１０をそれぞれ保持する複数（ここでは７体）のセルホルダ（蓄電装置ホルダ）５と、を有している。配列体２は、セルホルダ５によって保持された電池１０を複数配列してなる。

電池１０は、ケース１１と、ケース１１内に収容された電極組立体１２と、を備えている。

ケース１１は、略直方体状を呈している。より具体的には、ケース１１は、互いに対向する正面１１ａ及び背面１１ｂと、互いに対向する１対の側面１１ｃ，１１ｃと、互いに対向する頂面１１ｄ及び底面１１ｅとを有している。

電極組立体１２は、例えば、正極と、負極と、正極と負極との間に配置された袋状のセパレータとによって構成されている。電極組立体１２は、セパレータ内に正極が収容された状態で、正極と負極とがセパレータを介して電池１０の配列方向（以下、Ｘ方向）に沿って交互に積層されている。ケース１１の内部には、例えば有機溶媒系または非水系の電解液が注入されている。ケース１１の頂面１１ｄには、正極端子（不図示）と負極端子（不図示）とが互いに離間して配置されている。

セルホルダ５は、ケース１１の周囲に配置されている。セルホルダ５は、例えばポリプロピレンといった樹脂材料によって一体成型されている。セルホルダ５の構成については、後述する。

エンドプレート３は、配列体２に対してＸ方向に拘束荷重を付加する。エンドプレート３は、例えば金属製の板状部材である。一方のエンドプレート３は、Ｘ方向における配列体２の一端側に配置され、他方のエンドプレート３は、Ｘ方向における配列体２の他端側に弾性体４を介して配置されている。エンドプレート３，３の外縁部分には、複数のボルト６が挿通される。各ボルト６の先端にエンドプレート３の外側からナット７が螺合されることで、電池１０及び弾性体４がエンドプレート３，３により挟持されてユニット化されると共に、エンドプレート３，３により拘束荷重が付加される。

弾性体４は、電池１０に膨張が生じた場合等に、拘束荷重による電池１０及びエンドプレート３の破損を防止する目的で用いられる部材である。弾性体４は、例えばウレタン製のゴムスポンジによって矩形の板状に形成され、Ｘ方向の一端側の電池１０とエンドプレート３との間に配置されている。弾性体４の形成材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコンゴム等が挙げられる。

続いて、セルホルダ５について詳細に説明する。

セルホルダ５は、図２に示されるように、互いに対向する底壁部２０及び頂壁部３０と、互いに対向する１対の側壁部４０，４０と、背壁部５０と、を備えている。セルホルダ５は、底壁部２０、頂壁部３０、及び側壁部４０，４０が背壁部５０を取り囲むように構成されている。

底壁部２０は、ケース１１の底面１１ｅ（図１参照）と対向する位置に配置されている。底壁部２０には、電池１０が載置される。より具体的には、底壁部２０は、ケース１１の底面１１ｅと対向する矩形板状の底板２１と、底板２１の両端部からケース１１の反対側に向かって突出する１対の脚部２２，２２と、を有している。脚部２２，２２には、上述したボルト６が挿通される貫通孔２２ａが設けられている。

側壁部４０，４０は、ケース１１の側面１１ｃ，１１ｃ（図１参照）のそれぞれと対向する位置に設けられている。側壁部４０，４０は、矩形板状を呈しており、底壁部２０の端部にそれぞれ接続されている。側壁部４０，４０には、Ｘ方向の一端を切り欠くように矩形状の開口部４１，４１が形成されている。開口部４１，４１は、冷却空気Ａの出入口となっている。

頂壁部３０は、ケース１１の頂面１１ｄ（図１参照）と対向する位置に設けられている。頂壁部３０は、１対の端子収容部３１，３１と、１対の柱部３２，３２と、を有している。側壁部４０，４０の対向方向（以下、Ｙ方向）における端子収容部３１，３１の外側端部は、側壁部４０，４０の上端部と接続されている。端子収容部３１，３１の切り欠き部分には、電池１０の正極端子及び負極端子がそれぞれ位置する。柱部３２，３２は、Ｙ方向における端子収容部３１，３１の内側端部と接続されている。柱部３２，３２には、上述したボルト６が挿通される貫通孔３２ａ，３２ａが設けられている。

背壁部５０は、電池１０（ケース１１）の背面１１ｂ（図１参照）と対向する位置に設けられている。より具体的には、背壁部５０は、矩形板状の背板５１と、背板５１の一方面５１ａに突設されている複数（ここでは１０個）の第１リブ５２及び複数（ここでは８個）の第２リブ５３と、を有している。第１リブ５２及び第２リブ５３は、冷却空気Ａの流路Ｓを形成すると共に、電池１０の膨張時の荷重を支える。

続いて、図３を用いて、第１リブ５２及び第２リブ５３の形状及び配置について、より詳細に説明をする。なお、説明の便宜上、第１リブ５２及び第２リブ５３は、配列数を省略しているが、実際には、更に多くの第１リブ５２及び第２リブ５３が配列されていてもよい。

複数の第１リブ５２は、背板５１の周縁部に沿って配列されている。ここで、背板５１の周縁部とは、背板５１の周縁よりも内側に位置する矩形環状の領域をいう。周縁部は、電池１０における電極組立体１２の周囲の領域と対向している。なお、電極組立体１２の周囲の領域には、電極組立体１２の一部が含まれてもよい。第１リブ５２は、Ｙ方向及び底壁部２０と頂壁部３０との対向方向（以下、Ｚ方向）のそれぞれに沿って配列されている。第１リブ５２は、Ｙ方向に沿って互いに等ピッチで配列されている。第１リブ５２は、Ｚ方向に沿って互いに同ピッチで配列されている。

第１リブ５２は、平面視で矩形状を呈している。第１リブ５２は、長さＬ１及び幅Ｗ１で構成されている。第１リブ５２は、第１リブ５２の長さ方向がＹ方向と平行で且つ第１リブ５２の幅方向がＺ方向と平行となるように位置している。

複数の第２リブ５３は、背板５１の周縁部よりも内側の矩形領域に配列されている。この矩形領域は、電池１０における電極組立体１２と対向している。第２リブ５３は、当該矩形領域において、千鳥状に配列されている。第２リブ５３は、Ｙ方向に沿って互いに等ピッチで配列されている。第２リブ５３は、Ｚ方向に沿って互いに同ピッチで配列されている。

第２リブ５３は、平面視で矩形状を呈している。第２リブ５３は、長さＬ２及び幅Ｗ２で構成されている。第２リブ５３は、第２リブ５３の長さ方向がＹ方向と平行で且つ第２リブ５３の幅方向がＺ方向と平行となるように配列されている。

第２リブ５３は、第１リブ５２に対して背板５１の一方面５１ａのＺ方向（第１方向）に、オフセットするように配列されている。すなわち、第２リブ５３は、Ｚ方向に隣り合う第１リブ５２の間（好ましくは中間）に位置している。同様に、第２リブ５３は、第１リブ５２に対して背板５１の一方面５１ａのＹ方向（第２方向）に、オフセットするように配列されている。このため、第２リブ５３は、Ｙ方向に隣り合う第１リブ５２の間（好ましくは中間）に位置している。なお、矩形領域の中央部に位置する第２リブ５３は、第１リブ５２に対してオフセットされていない。

第２リブ５３の幅Ｗ２は、第１リブ５２の幅Ｗ１と同程度である。その一方で、第２リブ５３の長さＬ２は、第１リブ５２の長さＬ１よりも短くなっている。したがって、第２リブ５３の断面積（背板５１の一方面５１ａと平行な断面における断面積）は、第１リブ５２の断面積（背板５１の一方面５１ａと平行な断面における断面積）よりも小さくなっている。加えて、背板５１の一方面５１ａに突設された第２リブ５３すべての断面積の合計値は、背板５１の一方面５１ａに突設された第１リブ５２すべての断面積の合計値よりも小さくなっている。

このような第１リブ５２及び第２リブ５３が、ケース１１の背面１１ｂに当接することで、電池１０の背面１１ｂと背板５１の一方面５１ａとの間に冷却空気Ａが流れる流路Ｓが形成される。冷却空気Ａは、側壁部４０の一方の開口部４１から流入し、流路Ｓを介して、他方の開口部４１から流出する。

より具体的には、図２及び図３に示されるように、まず、冷却空気Ａは、一方の開口部４１側に位置する第１リブ５２，５２間を通過する。続いて、冷却空気Ａは、第１リブ５２間に位置する第２リブ５３によって分岐される。このとき、冷却空気Ａは、当該第２リブ５３によって撹拌される。続いて、冷却空気Ａは、更に下流側に配置された第２リブ５３によって分岐されると共に撹拌されながら、他方の開口部４１側に位置する第１リブ５２，５２間を通過する。

以上説明したように、電池モジュール１では、第１リブ５２は、背板５１の周縁部に沿って配列されている。第２リブ５３は、背板５１の周縁部よりも内側において第１リブ５２に対して背板５１の一方面５１ａのＸ方向にオフセットするように配列されている。これにより、背板５１の周縁部に配列された第１リブ５２，５２間に流入した冷却空気Ａは、背板５１における周縁部の内側に到達したときに、Ｚ方向にオフセットされた第２リブ５３によって分岐される。このとき、冷却空気Ａが撹拌されるため、電池１０の放熱性を確保することができる。また、第２リブ５３の断面積は、第１リブ５２の断面積よりも小さい。これにより、背板５１の周縁部で電池１０に対する拘束荷重を確保する一方で、背板５１の周縁部の内側における剛性を低下させることができる。この結果、電池１０の所定領域（電極組立体１２が位置する領域）に過剰な拘束荷重が付与されるのを抑制することができる。

また、第２リブ５３の長さＬ２は、第１リブ５２の長さＬ１よりも短い。冷却空気Ａの撹拌効果に対する第２リブ５３の長さの依存性は低いので、第２リブ５３の長さが第１リブ５２の長さよりも短い場合であっても、冷却空気Ａの撹拌効果を維持することができる。したがって、電池１０の放熱性を確保しつつ、背板５１の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、第２リブ５３の幅Ｗ２は、第１リブ５２の幅Ｗ１と同程度としたが、図４に示されるように、第２リブ５３の幅Ｗ２は、第１リブ５２の幅Ｗ１よりも狭くてもよい。冷却空気Ａの撹拌効果に対する第２リブ５３の幅の依存性は低いので、第２リブ５３の幅が第１リブ５２の幅よりも狭い場合であっても、冷却空気Ａの撹拌効果を維持することができる。したがって、電池１０の放熱性を確保しつつ、背板５１の周縁部の内側における剛性を一層低下させることができる。

また、上記実施形態では、第２リブ５３は、Ｚ方向に沿って互いに同ピッチで配列されているが、図５に示されるように、Ｚ方向における第２リブ５３間のピッチは、Ｚ方向に垂直なＹ方向の一方側（図３の右側）に向かうに連れて狭くなっており、Ｚ方向における第２リブ５３の配列数は、Ｙ方向の一方側（図３の右側）に向かうに連れて増えていてもよい。

より具体的には、第２リブ５３は、冷却空気Ａの上流側に最も近い第２リブ５３間のピッチをＰ１、冷却空気Ａの下流側に最も近い第２リブ間のピッチをＰ３、それらの中間に位置する第２リブ５３間のピッチをＰ２としたときに、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３、の関係が成り立つように配列されていてもよい。

一般的に、Ｙ方向の一方側に向かって流れる冷却空気Ａは、Ｙ方向の一方側に向かうに連れて電池１０との熱交換によって放熱性が低下する。しかしながら、このような第２リブ５３を有する電池モジュール１では、Ｙ方向の一方側に向かうに連れて撹拌が促進されるので、放熱性を維持することができる。

この変形例において、第２リブ５３の長さは、Ｙ方向の一方側に向かうに連れて短くなっていてもよい。より具体的には、第２リブ５３は、冷却空気Ａの上流側に最も近い第２リブ５３の長さをＬ２、冷却空気Ａの下流側に最も近い第２リブ５３の長さをＬ４、それらの中間に位置する第２リブ５３の長さをＬ３としたときに、Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４、の関係が成り立つように構成されていてもよい。

本変形例の構成において、Ｙ方向の一方側に向かうに連れて、第２リブ５３の配列数が増える分、背板５１の剛性も上がり得る。しかしながら、上記のような第２リブ５３の長さとすることで、Ｙ方向の位置に依存することなく、背板５１の周縁部の内側における剛性を一層低下させることできる。

また、上記実施形態では、各第１リブ５２及び各第２リブ５３は、平面視で矩形状を呈しているが、円形状、多角形状等を呈していてもよい。すなわち、第２リブ５３の断面積が、第１リブ５２の断面積よりも小さければよい。また、第１リブ５２及び第２リブ５３のそれぞれにおける配列も同ピッチである必要はなく、第１リブ５２は背板５１の周縁部において、第２リブ５３は背板５１の周縁部よりも内側において、設計条件等に応じて配列を適宜変更してもよい。

また、上記実施形態では、エンドプレート３，３同士をボルト６及びナット７で締結して配列体２及び弾性体４に拘束荷重を付加しているが、エンドプレート３，３同士を拘束バンド（金属プレート等）で連結し、拘束バンドの両端部をエンドプレート３，３にそれぞれボルト等で締結して配列体２及び弾性体４に拘束荷重を付加してもよい。

また、上記実施形態では、蓄電装置がリチウムイオン二次電池等の二次電池であるが、本発明は、特にそのような二次電池には限られず、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置を備えた蓄電装置モジュールにも適用可能である。

１…電池モジュール（蓄電装置モジュール）、２…配列体、３…エンドプレート（拘束部材）、５…セルホルダ（蓄電装置ホルダ）、１０…電池（蓄電装置）、５１…背板、５１ａ…一方面、５２…第１リブ、５３…第２リブ、Ａ…冷却空気、Ｓ…流路。

Claims (10)

1. 蓄電装置ホルダによって保持された蓄電装置を複数配列してなる配列体と、 前記配列体に対して前記蓄電装置の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、
   
   前記蓄電装置ホルダは、背板と、前記背板の一方面に突設され、冷却空気の流路を形成すると共に前記蓄電装置の膨張時の荷重を支える複数の第１リブ及び複数の第２リブとを有し、
   前記第１リブは、前記背板の周縁部に沿って配列されており、
   前記第２リブは、前記背板の前記周縁部よりも内側において前記第１リブに対して前記背板の一方面の第１方向にオフセットするように配列されており、
   前記背板の一方面と平行な断面における前記第２リブの断面積は、前記背板の一方面と平行な断面における前記第１リブの断面積よりも小さい、蓄電装置モジュール。
2. 蓄電装置ホルダによって保持された蓄電装置を複数配列してなる配列体と、 前記配列体に対して前記蓄電装置の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、
   
   前記蓄電装置ホルダは、背板と、前記背板の一方面に突設され、冷却空気の流路を形成すると共に前記蓄電装置の膨張時の荷重を支える複数の第１リブ及び複数の第２リブとを有し、
   前記第１リブは、前記背板の周縁部に沿って配列されており、
   前記第２リブは、前記背板の前記周縁部よりも内側において前記第１リブに対して前記背板の一方面の第１方向にオフセットするように配列されており、
   前記第２リブの断面積は、前記第１リブの断面積よりも小さく、
   前記第２リブの幅は、前記第１リブの幅よりも狭い、蓄電装置モジュール。
3. 前記第２リブの長さは、前記第１リブの長さよりも短い、請求項２記載の蓄電装置モジュール。
4. 前記第１方向における前記第２リブ間のピッチは、前記第１方向に垂直な第２方向の一方側に向かうに連れて狭くなっており、
   前記第１方向における前記第２リブの配列数は、前記第２方向の前記一方側に向かうに連れて増えている、請求項２または３記載の蓄電装置モジュール。
5. 前記第２リブの長さは、前記第２方向の前記一方側に向かうに連れて短くなっている、請求項４記載の蓄電装置モジュール。
6. 蓄電装置ホルダによって保持された蓄電装置を複数配列してなる配列体と、 前記配列体に対して前記蓄電装置の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、
   
   前記蓄電装置ホルダは、背板と、前記背板の一方面に突設され、冷却空気の流路を形成すると共に前記蓄電装置の膨張時の荷重を支える複数の第１リブ及び複数の第２リブとを有し、
   前記第１リブは、前記背板の周縁部に沿って配列されており、
   前記第２リブは、前記背板の前記周縁部よりも内側において前記第１リブに対して前記背板の一方面の第１方向にオフセットするように配列されており、
   前記第２リブの断面積は、前記第１リブの断面積よりも小さく、
   前記第２リブの長さは、前記第１リブの長さよりも短い、蓄電装置モジュール。
7. 前記第１方向における前記第２リブ間のピッチは、前記第１方向に垂直な第２方向の一方側に向かうに連れて狭くなっており、
   前記第１方向における前記第２リブの配列数は、前記第２方向の前記一方側に向かうに連れて増えている、請求項６記載の蓄電装置モジュール。
8. 前記第２リブの長さは、前記第２方向の前記一方側に向かうに連れて短くなっている、請求項７記載の蓄電装置モジュール。
9. 蓄電装置ホルダによって保持された蓄電装置を複数配列してなる配列体と、 前記配列体に対して前記蓄電装置の配列方向に拘束荷重を付加する拘束部材と、を備え、
   
   前記蓄電装置ホルダは、背板と、前記背板の一方面に突設され、冷却空気の流路を形成すると共に前記蓄電装置の膨張時の荷重を支える複数の第１リブ及び複数の第２リブとを有し、
   前記第１リブは、前記背板の周縁部に沿って配列されており、
   前記第２リブは、前記背板の前記周縁部よりも内側において前記第１リブに対して前記背板の一方面の第１方向にオフセットするように配列されており、
   前記第２リブの断面積は、前記第１リブの断面積よりも小さく、
   前記第１方向における前記第２リブ間のピッチは、前記第１方向に垂直な第２方向の一方側に向かうに連れて狭くなっており、
   前記第１方向における前記第２リブの配列数は、前記第２方向の前記一方側に向かうに連れて増えている、蓄電装置モジュール。
10. 前記第２リブの長さは、前記第２方向の前記一方側に向かうに連れて短くなっている、請求項９記載の蓄電装置モジュール。

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