JP6852412B2 - 蓄電池 - Google Patents

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Description

本発明は蓄電池に関し、特に、外装ケースに蓄電池セルが収容された構造を有する蓄電池に関する。
近年、電気自動車やハイブリッド自動車などに用いられる電源として、リチウムイオン電池などの蓄電池が広く用いられている。自動車用のリチウムイオン電池は、高い安全性と信頼性が求められることから、特許文献１に記載されているように、蓄電池セルを密閉型の外装ケースに収容する構造が一般に用いられる。
特開２０１６−０９５９３０号公報
自動車用のリチウムイオン電池は、大容量化のために多数の蓄電池セルが並列接続されることがある。この場合、他の蓄電池セルに囲まれた中央部に位置する蓄電池セルの放熱性が不十分となり、過熱による蓄電池セルの劣化や故障が生じやすいという問題があった。
したがって、本発明は、放熱性に優れた外装ケースを備える蓄電池を提供することを目的とする。
本発明による蓄電池は、充放電可能な蓄電池セルと、前記蓄電池セルを収容する外装ケースとを備え、前記外装ケースは、厚み方向から見て互いに重なる第１及び第２の天板を有し、前記第１の天板は、前記厚み方向における高さが互いに異なる第１の凸部及び第１の凹部を有し、前記第２の天板は、前記厚み方向における高さが互いに異なる第２の凸部及び第２の凹部を有し、前記第１の凸部は、前記厚み方向から見て前記第２の凹部と重なり、前記第２の凸部は、前記厚み方向から見て前記第１の凹部と重なることを特徴とする。
本発明によれば、外装ケースの天板が凹凸形状を有していることから、表面積の拡大によって放熱性及び機械的強度が高められる。しかも、複数の蓄電池を重ねた場合であっても凸部同士が干渉しないことから、複数の蓄電池を高密度に積層することも可能となる。外装ケースの放熱性を十分に高めるためには、外装ケースの材料として金属を用いることが好ましい。
本発明において、前記第１の凸部と前記第１の凹部によって形成される段差の前記厚み方向における高さは、前記第２の凸部と前記第２の凹部によって形成される段差の前記厚み方向における高さと等しいことが好ましい。これによれば、複数の蓄電池を重ねた場合に、より高密度に積層することができるとともに、隣接する外装ケース同士が広範囲に接触することから、放熱性をより高めることが可能となる。
本発明において、前記外装ケースは、前記蓄電池セルを密封するものであり、前記蓄電池セルと前記第１及び第２の凸部の前記厚み方向における間隔は、前記蓄電池セルと前記第１及び第２の凹部の前記厚み方向における間隔よりも広いことが好ましい。これによれば、凸部に対応する部分に空間が形成されることから、内圧の上昇又は外部気圧の低下によって蓄電池セルが膨張した場合であっても、外装ケースの変形を防止することが可能となる。
このように、本発明による蓄電池は、複数の蓄電池を積層した場合であっても高い放熱性を確保しつつ、外装ケースの変形を防止することが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態による蓄電池１０の外観を示す略斜視図である。 図２は、外装ケース２０の分解斜視図である。 図３は、外装ケース２０に収容される蓄電池セル５０を示す斜視図である。 図４は、蓄電池１０のｘｚ断面図である。 図５は、複数の蓄電池１０からなる蓄電池ブロックの略斜視図である。 図６は、複数の蓄電池１０からなる蓄電池ブロックのｘｚ断面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態による蓄電池１０ａの外観を示す略斜視図である。 図８は、複数の蓄電池１０ａからなる蓄電池ブロックのｘｚ断面図である。 図９は、本発明の第３の実施形態による蓄電池１０ｂの外観を示す略斜視図である。 図１０は、本発明の第４の実施形態による蓄電池１０ｃの外観を示す略斜視図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による蓄電池１０の外観を示す略斜視図である。
本実施形態による蓄電池１０はリチウムイオン電池であり、図１に示すように、外装ケース２０と、正極端子３１及び負極端子３２と、ガス弁４０とを備える。外装ケース２０は、後述する蓄電池セルを収容する筐体であり、熱伝導率の高い材料、好ましくはアルミニウム（Ａｌ）などの金属によって構成される。
外装ケース２０は、ｚ方向を厚み方向とする略箱形形状であり、ｘｙ面を構成する第１の天板２１及び第２の天板２２は凹凸形状を有している。本実施形態による蓄電池１０は、外装ケース２０の天板がこのような凹凸形状を有していることから、天板の表面が平坦である場合と比べて表面積が増大する。これにより、従来と比べて放熱性が向上するばかりでなく、機械的強度も向上する。特に限定されるものではないが、側面（ｘｚ面及びｙｚ面）は凹凸形状を有していない。上述した正極端子３１、負極端子３２及びガス弁４０は、ｘｚ面に形成されている。
本実施形態においては、第１の天板２１にｙ方向に延在する２つの凸部２１Ａと２つの凹部２１Ｂが設けられ、第２の天板２２にｙ方向に延在する２つの凸部２２Ａと２つの凹部２２Ｂが設けられている。凸部とはｚ方向に突出した部分を指し、凹部とはｚ方向に窪んだ部分を指す。したがって、凸部と凹部は、互いにｚ方向における高さが相違している。そして、図１に示すように、凸部２１Ａはｚ方向から見て凹部２２Ｂと重なり、凸部２２Ａはｚ方向から見て凹部２１Ｂと重なっている。本実施形態においては、凸部２１Ａと凹部２１Ｂによって形成される段差のｚ方向における高さは、凸部２２Ａと凹部２２Ｂによって形成される段差のｚ方向における高さと等しい。また、凸部２１Ａ，２２Ａのｘ方向における幅Ｗ１は、凹部２１Ｂ，２２Ｂのｘ方向における幅Ｗ２とほぼ同一、或いは、幅Ｗ２よりもやや狭く設計されている。
図２は外装ケース２０の分解斜視図であり、図３は外装ケース２０に収容される蓄電池セル５０を示す斜視図である。
図２に示すように、外装ケース２０はｘｚ面を構成する封止板２３を備えており、封止板２３を外装ケース２０の本体に溶接することによって内部が密封される。蓄電池１０の製造工程においては、まず外装ケース２０の本体を用意し、その内部に図３に示す蓄電池セル５０を収容した後、封止板２３を溶接する。封止板２３を取り付ける際には、蓄電池セル５０に設けられた正極タブ５１を封止板２３の正極端子３１に接続し、蓄電池セル５０に設けられた負極タブ５２を封止板２３の負極端子３２に接続する。これにより、正極端子３１及び負極端子３２を介して蓄電池セル５０の充放電を行うことが可能となる。また、外装ケース２０の内部は基本的に密封されているが、内圧が所定値以上に高まった場合には、ガス弁４０が自動的に開くことで内圧が下げられる。
図２に示すように、外装ケース２０の内壁は、天板２１，２２の凹凸形状を反映した形状を有している。つまり、凸部２１Ａ，２２Ａが形成された部分においてｚ方向における高さが拡大され、凹部２１Ｂ，２２Ｂが形成された部分においてｚ方向における高さが縮小されている。これに対し、蓄電池セル５０のｘｙ面は、図３に示すようにほぼ平坦である。このため、蓄電池１０のｘｚ断面図である図４に示すように、蓄電池セル５０を外装ケース２０に収容すると、蓄電池セル５０と凸部２１Ａ，２２Ａとの間には空間６０が形成される。空間６０は、蓄電池セル５０と凹部２１Ｂ，２２Ｂとの間にも形成され得るが、この場合であっても、蓄電池セル５０と凸部２１Ａ，２２Ａとの間に形成される空間６０のｚ方向における間隔は、蓄電池セル５０と凹部２１Ｂ，２２Ｂとの間に形成される空間６０のｚ方向における間隔よりも広くなる。
本実施形態においては、外装ケース２０の内部にこのような空間６０が形成されることから、内圧の上昇又は外部気圧の低下によって蓄電池セル５０が膨張した場合であっても、空間６０がマージンとして働くことから、外装ケース２０の変形を防止することが可能となる。
図５及び図６は複数の蓄電池１０を積層した状態を示す図であり、図５は略斜視図、図６はｘｚ断面図である。
図５及び図６に示すように、複数の蓄電池１０をｚ方向に積層すると、下段に位置する蓄電池１０の凸部２１Ａが上段に位置する蓄電池１０の凹部２２Ｂに嵌合するとともに、上段に位置する蓄電池１０の凸部２２Ａが下段に位置する蓄電池１０の凹部２１Ｂに嵌合する。つまり、上下の蓄電池１０に設けられた凸部同士が干渉することなく凸部と凹部が嵌合することから、複数の蓄電池１０をｚ方向に高密度に積層することができる。しかも、上下の蓄電池１０を構成する外装ケース２０同士がより広範囲に接触することから、一部の蓄電池１０において過熱が生じた場合であっても、他の蓄電池１０の外装ケース２０を介して効果的に放熱することが可能となる。
尚、図５及び図６に示す例では、複数の蓄電池１０がｚ方向だけでなくｘ方向にも配列されており、これにより多数（図５に示す例では１２個）の蓄電池１０からなる蓄電池ブロックが構成されている。この蓄電池ブロックを構成する複数の蓄電池１０は、必要に応じて一部又は全部が並列接続され、これにより自動車用の電源として必要な電池容量を確保することができる。本実施形態においては、蓄電池１０のｙｚ面が平坦であることから、ｘ方向に隣接する蓄電池１０の外装ケース２０同士についても、広範囲に接触させることができる。
以上説明したように、本実施形態による蓄電池１０は、外装ケース２０の天板２１，２２が凹凸形状を有していることから、表面積の増大によって放熱性が高められるとともに、機械的強度も向上する。また、天板２１，２２の凹凸形状が外装ケース２０の内壁にも反映されていることから、外装ケース２０の内部に空間６０が形成され、この空間６０を蓄電池セル５０の膨張に対するマージンとして利用することができる。しかも、第１の天板２１に形成された凹凸形状と第２の天板２２に形成された凹凸形状がｚ方向から見て相補的であることから、複数の蓄電池１０をｚ方向に重ねた場合に凸部同士の干渉を防止することも可能となる。さらに、凸部２１Ａ，２２Ａの幅Ｗ１が、凹部２１Ｂ，２２Ｂの幅Ｗ２とほぼ同じかやや狭く設計されていることから、複数の蓄電池１０を積層する際の位置決めも容易である。
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態による蓄電池１０ａの外観を示す略斜視図である。また、図８は、複数の蓄電池１０ａからなる蓄電池ブロックのｘｚ断面図である。
図７に示すように、第２の実施形態による蓄電池１０ａは、凸部２１Ａ，２２Ａのｘ方向における幅Ｗ１が凹部２１Ｂ，２２Ｂのｘ方向における幅Ｗ２よりも十分に狭く設計されている点において、図１に示した蓄電池１０と相違している。その他の構成は、図１に示した蓄電池１０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図８に示すように、蓄電池１０ａをｚ方向に積層すると、上述した実施形態と同様、下段に位置する蓄電池１０の凸部２１Ａが上段に位置する蓄電池１０の凹部２２Ｂに嵌合するとともに、上段に位置する蓄電池１０の凸部２２Ａが下段に位置する蓄電池１０の凹部２１Ｂに嵌合する。これに加え、本実施形態による蓄電池１０ａは、凹部２１Ｂ，２２Ｂの幅Ｗ２が凸部２１Ａ，２２Ａの幅Ｗ１よりも十分に広いことから、上下の蓄電池１０ａ間に隙間７０が形成される。本実施形態においては、この隙間７０を介して空気又は冷却液などの冷媒をｙ方向に循環させることができることから、放熱性をよりいっそう高めることが可能となる。
＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の第３の実施形態による蓄電池１０ｂの外観を示す略斜視図である。
図９に示すように、第３の実施形態による蓄電池１０ｂは、凸部２１Ａ，２２Ａ及び凹部２１Ｂ，２２Ｂがｘ方向に延在している点において、図１に示した蓄電池１０と相違している。その他の構成は、図１に示した蓄電池１０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態が例示するように、凸部２１Ａ，２２Ａ及び凹部２１Ｂ，２２Ｂの延在方向がｘ方向であっても、第１の天板２１に形成された凹凸形状と第２の天板２２に形成された凹凸形状がｚ方向から見て相補的であれば、第１の実施形態による蓄電池１０と同じ効果を得ることができる。本実施形態においては、凸部２１Ａ，２２Ａのｙ方向における幅Ｗ３は、凹部２１Ｂ，２２Ｂのｙ方向における幅Ｗ４とほぼ同一、或いは、幅Ｗ４よりもやや狭く設計されていても構わないし、幅Ｗ４よりも十分に狭く設計されていても構わない。幅Ｗ３が幅Ｗ４よりも十分に狭く設計されている場合には、空気又は冷却液などの冷媒をｘ方向に循環させることが可能となる。
＜第４の実施形態＞
図１０は、本発明の第４の実施形態による蓄電池１０ｃの外観を示す略斜視図である。
図１０に示すように、第４の実施形態による蓄電池１０ｃは、凸部２１Ａ，２２Ａ及び凹部２１Ｂ，２２Ｂがマトリクス状にレイアウトされている点において、図１に示した蓄電池１０と相違している。その他の構成は、図１に示した蓄電池１０と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態が例示するように、凸部２１Ａ，２２Ａ及び凹部２１Ｂ，２２Ｂは、一方向に延在するものである必要はなく、第１の天板２１に形成された凹凸形状と第２の天板２２に形成された凹凸形状がｚ方向から見て相補的であれば、第１の実施形態による蓄電池１０と同じ効果を得ることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、本発明をリチウムイオン電池に適用した場合を例に説明したが、本発明の対象がリチウムイオン電池に限定されるものではなく、他の種類の蓄電池に適用することも可能である。
１０，１０ａ〜１０ｃ 蓄電池
２０ 外装ケース
２１ 第１の天板
２１Ａ 第１の凸部
２１Ｂ 第１の凹部
２２ 第２の天板
２２Ａ 第２の凸部
２２Ｂ 第２の凹部
２３ 封止板
３１ 正極端子
３２ 負極端子
４０ ガス弁
５０ 蓄電池セル
５１ 正極タブ
５２ 負極タブ
６０ 空間
７０ 隙間

Claims (4)

  1. 充放電可能な蓄電池セルと、
    前記蓄電池セルを密封する外装ケースと、を備え、
    前記外装ケースは、厚み方向から見て互いに重なる第１及び第２の天板を有し、
    前記第１の天板は、前記厚み方向における高さが互いに異なる第１の凸部及び第１の凹部を有し、
    前記第２の天板は、前記厚み方向における高さが互いに異なる第２の凸部及び第２の凹部を有し、
    前記第１の凸部は、前記厚み方向から見て前記第２の凹部と重なり、
    前記第２の凸部は、前記厚み方向から見て前記第１の凹部と重なり、
    前記外装ケースの内壁は、前記第１及び第２の凸部と前記第１及び第２の凹部を反映した形状を有しており、これにより、前記蓄電池セルと前記第１及び第２の凸部の前記厚み方向における間隔は、前記蓄電池セルと前記第１及び第２の凹部の前記厚み方向における間隔よりも広く、前記蓄電池セルと前記第１及び第２の凸部との間には空間が形成されることを特徴とする蓄電池。
  2. 前記第１の凸部と前記第１の凹部によって形成される段差の前記厚み方向における高さは、前記第２の凸部と前記第２の凹部によって形成される段差の前記厚み方向における高さと等しいことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
  3. 前記外装ケースが金属からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池。
  4. 前記第１の凸部は、前記第１の天板の一方向における一端から他端に亘って延在し、
    前記第２の凸部は、前記第２の天板の前記一方向における一端から他端に亘って延在することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蓄電池。
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