JP7063197B2 - 供給装置 - Google Patents

Description

本発明の一側面は、供給装置に関する。

従来の蓄電モジュールとして、電極板の一方面に正極が形成され、他方面に負極が形成されたバイポーラ電極を備えるバイポーラ電池が知られている（特許文献１参照）。バイポーラ電池は、セパレータを介して複数のバイポーラ電極を積層してなる積層体を備えている。積層体の側面には、積層方向に隣り合うバイポーラ電極間を封止する封止体が設けられており、バイポーラ電極間に形成された内部空間に電解液が収容されている。

特開２０１１－２０４３８６号公報

上述したような蓄電モジュールの製造工程においては、電解液を内部空間に供給するための供給装置が用いられる場合がある。封止体には、内部空間と連通する連通孔が設けられている。供給装置は、封止体に設けられた連通孔を通じて内部空間に電解液を供給する。供給装置は、先端面にパッキンが配置されたノズルを備え、連通孔が開口する封止体の側面に、パッキンを介してノズルの先端面を押し当てた状態で電解液を供給する。パッキンによれば、供給する流体の漏れが抑制される。

本発明の一側面は、供給する流体の漏れを更に抑制することが可能な供給装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る供給装置は、積層された複数のバイポーラ電極を有する電極積層体と、電極積層体を取り囲むように配置され、隣り合うバイポーラ電極間に形成された内部空間を封止する封止体と、を有する電池構造体の内部空間に、封止体に設けられ、内部空間と連通する連通孔を通じて流体を供給するための供給装置であって、流体を供給する流路が設けられたノズルと、ノズルの先端面に配置されたパッキンと、を備え、パッキンには、流路と連通する貫通孔が設けられ、流路は、先端面に開口しており、ノズルは、流路を囲むように先端面に設けられた第１突条部を有する。

この供給装置では、ノズルは、流路を囲むように先端面に設けられた第１突条部を有している。このため、第１突条部がパッキンに食い込み、パッキンを強く圧縮する。したがって、供給する流体の漏れを更に抑制することができる。

第１突条部は、連通孔を囲むように封止体の外側面に設けられた第２突条部とパッキンを介して互いに対向していてもよい。この場合、第１突条部及び第２突条部がパッキンを厚さ方向に挟み込むようにパッキンに食い込み、パッキンを一層強く圧縮する。したがって、供給する流体の漏れを一層抑制することができる。

先端面には、パッキンを位置決めする位置決め部が設けられていてもよい。この場合、貫通孔が流路と連通する位置にパッキンを容易に配置することができる。

単体のノズルに対して、流路が複数設けられ、第１突条部は、複数の流路をそれぞれ囲むように先端面に複数設けられていてもよい。この場合、複数の流路により同時に流体を供給することができる。

複数の第１突条部は、互いに一体化されていてもよい。この場合、例えば複数の第１突条部が樹脂の射出成型によって形成される場合でも、複数の第１突条部の形成が容易となる。

本発明の一側面によれば、供給する流体の漏れを更に抑制することが可能な供給装置を提供することができる。

蓄電モジュールを備えた蓄電装置を示す断面図である。 図１に示される蓄電モジュールの断面図である。 図１に示される蓄電モジュールの斜視図である。 実施形態に係る供給装置を示す平面図である。 図４に示されるノズル及びパッキンの分解斜視図である。 図４に示される供給装置を示す断面図である。

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

まず、図１～図３を参照して、本実施形態に係る供給装置４０（図４参照）を用いて製造される蓄電装置１及び蓄電モジュール２について説明する。図１は、蓄電モジュールを備えた蓄電装置を示す断面図である。図１において、蓄電装置１は、例えばフォークリフト、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両のバッテリとして使用される。蓄電装置１は、複数（ここでは３つ）の蓄電モジュール２（バイポーラ電池）を備えている。蓄電モジュール２は、例えばニッケル水素二次電池である。

複数の蓄電モジュール２は、金属製の導電板３を介して積層されている。導電板３は、積層方向（Ｚ軸方向）の両端に位置する蓄電モジュール２の外側にも配置されている。蓄電モジュール２及び導電板３は、例えば積層方向から見て矩形状（平面視矩形状）を呈している。導電板３は、隣り合う蓄電モジュール２と電気的に接続されている。これにより、複数の蓄電モジュール２が積層方向に直列接続されている。

積層方向の一端（ここでは下端）に位置する導電板３には、正極端子４が接続されている。積層方向の他端（ここでは上端）に位置する導電板３には、負極端子５が接続されている。正極端子４及び負極端子５は、積層方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）に延在している。このような正極端子４及び負極端子５を設けることにより、蓄電装置１の充放電を実施することができる。

導電板３は、蓄電モジュール２において発生した熱を放出するための放熱板としても機能し得る。導電板３には、積層方向と正極端子４及び負極端子５の延在方向とに垂直な方向（Ｙ軸方向）に延在した複数の空隙３ａが設けられている。これらの空隙３ａを空気等の冷媒が通過することにより、蓄電モジュール２からの熱を効率的に外部に放出することができる。

また、蓄電装置１は、蓄電モジュール２及び導電板３を積層方向に拘束する拘束ユニット６を備えている。拘束ユニット６は、蓄電モジュール２及び導電板３を積層方向に挟む１対の拘束プレート７と、これらの拘束プレート７同士を締結する複数組のボルト８及びナット９とを有している。

拘束プレート７は、鉄等の金属で形成されている。各拘束プレート７と導電板３との間には、樹脂フィルム等の絶縁フィルム１０がそれぞれ配置されている。拘束プレート７及び絶縁フィルム１０は、例えば平面視矩形状を呈している。ボルト８の軸部８ａが各拘束プレート７に設けられた挿通孔７ａを挿通した状態で、軸部８ａの先端部にナット９が螺合することで、蓄電モジュール２、導電板３及び絶縁フィルム１０に積層方向の拘束荷重が付与される。

図２は、図１に示される蓄電モジュールの断面図である。図３は、図１に示される蓄電モジュールの斜視図である。図２及び図３において、蓄電モジュール２は、複数のセル（例えば２４セル）が積層された構造（複数セル構造）を有している。蓄電モジュール２は、電極積層体１５と、封止体１６と、を有している。電極積層体１５は、セパレータ１４を介して積層された複数のバイポーラ電極１３を有している。封止体１６は、電極積層体１５を取り囲むように配置され、隣り合うバイポーラ電極１３間に形成された内部空間Ｖを封止している。

バイポーラ電極１３及びセパレータ１４は、例えば平面視矩形状を呈している。セパレータ１４は、積層方向に隣り合うバイポーラ電極１３の間に配置されている。バイポーラ電極１３は、集電体である電極板１７と、この電極板１７の上面１７ａに形成された正極１８と、電極板１７の下面１７ｂに形成された負極１９とを有している。

バイポーラ電極１３の正極１８は、セパレータ１４を挟んで積層方向に隣り合う一方のバイポーラ電極１３の負極１９と対向している。バイポーラ電極１３の負極１９は、セパレータ１４を挟んで積層方向に隣り合う他方のバイポーラ電極１３の正極１８と対向している。

電極積層体１５の最下層には、正極終端電極２０が配置されている。正極終端電極２０は、電極板１７と、この電極板１７の上面１７ａに形成された正極１８と、を有している。電極積層体１５の最上層には、負極終端電極２１が配置されている。負極終端電極２１は、電極板１７と、この電極板１７の下面１７ｂに形成された負極１９と、を有している。正極終端電極２０の正極１８は、セパレータ１４を挟んで最下層のバイポーラ電極１３の負極１９と対向している。負極終端電極２１の負極１９は、セパレータ１４を挟んで最上層のバイポーラ電極１３の正極１８と対向している。正極終端電極２０及び負極終端電極２１の電極板１７は、積層方向に隣り合う導電板３（図１参照）に接続されている。

電極板１７は、例えば、ニッケル又はニッケルメッキ鋼板といった金属からなる。一例として、電極板１７は、ニッケルからなる矩形の金属箔である。正極１８は、電極板１７の上面１７ａに正極活物質を塗工することにより形成されている。正極活物質としては、例えばコバルト（Ｃｏ）酸化物コートが施された水酸化ニッケルが用いられる。負極１９は、電極板１７の下面１７ｂに負極活物質を塗工することにより形成されている。負極活物質としては、例えば水素吸蔵合金が用いられる。電極板１７の周縁部１７ｃは、正極活物質及び負極活物質が塗工されない未塗工領域となっている。

セパレータ１４は、正極１８と負極１９との間に配置され、正極１８と負極１９とを隔離する。セパレータ１４は、積層方向から見て電極板１７よりも小さく且つ正極１８及び負極１９よりも大きい。セパレータ１４は、例えばシート状に形成されている。セパレータ１４は、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、もしくはＰＥ、ＰＰ、またはメチルセルロース等からなる不織布または織布等で形成されている。また、セパレータ１４は、フッ化ビニリデン樹脂化合物等で補強されていてもよい。なお、セパレータ１４の形状としては、特にシート状に限られず、袋状であってもよい。

封止体１６は、矩形枠状をなし、複数の第１樹脂部２２と、第２樹脂部２３と、を有している。複数の第１樹脂部２２は、電極積層体１５を取り囲むように配置され、複数のバイポーラ電極１３の電極板１７の周縁部１７ｃをそれぞれ保持している。複数の第１樹脂部２２は、複数のバイポーラ電極１３の電極板１７の周縁部１７ｃにそれぞれ設けられている。

第１樹脂部２２は、積層方向から見て、矩形環状をなし、電極板１７の周縁部１７ｃの全周にわたって連続的に設けられている。第１樹脂部２２は、電極板１７の上面１７ａに溶着されて気密に接合されている。第１樹脂部２２は、例えば超音波又は熱によって溶着されている。第１樹脂部２２は、所定の厚さ（積層方向における長さ）を有するフィルムである。第１樹脂部２２の内側の一部は、積層方向に互いに隣り合う電極板１７の周縁部１７ｃ同士の間に位置しており、外側の一部は、電極板１７の端部よりも外側に張り出している。互いに隣り合う第１樹脂部２２において、当該外側の一部同士は、互いに溶着されている。第１樹脂部２２は、正極終端電極２０の電極板１７の下面１７ｂの周縁部１７ｃにも設けられている。

積層方向に隣り合う電極板１７間には、電極板１７、正極１８、負極１９及び第１樹脂部２２によって画成された内部空間Ｖが設けられている。つまり、内部空間Ｖは、複数のバイポーラ電極１３のうち積層方向に隣り合う２つのバイポーラ電極１３間に形成される。電極積層体１５には、複数（ここでは２４）の内部空間Ｖが設けられている。内部空間Ｖは、封止され、気密及び液密に形成されている。セパレータ１４内を含む内部空間Ｖには、アルカリ性の電解液が注入されている。アルカリ性の電解液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等を含むアルカリ溶液が用いられている。電解液は、セパレータ１４、正極１８及び負極１９内に含浸されている。蓄電モジュール２の各セルは、２つの電極板１７、正極１８、負極１９、セパレータ１４及び第１樹脂部２２により構成され、内部空間Ｖを有している。

第１樹脂部２２は、内部空間Ｖを封止している。第２樹脂部２３は、複数の第１樹脂部２２を取り囲んでおり、内部空間Ｖを更に封止している。第２樹脂部２３は、電極積層体１５及び複数の第１樹脂部２２の外側に設けられ、電極積層体１５及び複数の第１樹脂部２２を外側から包囲している。第２樹脂部２３は、蓄電モジュール２の外壁（筐体）を構成している。第２樹脂部２３の外側面は、封止体１６の外側面１６ａを構成している。

第２樹脂部２３は、例えば樹脂の射出成型によって形成されている。第２樹脂部２３は、積層方向に沿って電極積層体１５の全長にわたって延在している。すなわち、第２樹脂部２３は、積層方向を軸方向として延在する筒状、枠状、又は環状を呈している。第２樹脂部２３の内側面は、例えば、射出成型時の熱によって第１樹脂部２２の外側面に溶着（接合）されている。

第１樹脂部２２及び第２樹脂部２３は、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）または変性ポリフェニレンエーテル（変性ＰＰＥ）等の絶縁性の樹脂材料によって形成されている。電解液は強アルカリ性なので、シール部材１２は、耐強アルカリ性を有する樹脂材料によって形成されている。

封止体１６には、互いに異なる内部空間Ｖと連通している複数の連通孔１６ｂが設けられている。複数の連通孔１６ｂは、封止体１６を構成する４つの壁部のうちの一つの壁部２６に設けられ、外側面１６ａに開口している。壁部２６は、複数の連通孔１６ｂが同数ずつ設けられた複数の連通孔領域２７を有している。本実施形態では、２４の連通孔１６ｂが６つずつ４つの連通孔領域２７に設けられている。４つの連通孔領域２７は、Ｙ軸方向に沿って並んでいる。各連通孔領域２７において、６つの連通孔１６ｂは、３列２段（Ｙ軸方向に３列、Ｚ軸方向に２段）で配列されている。

封止体１６は、複数の連通孔１６ｂをそれぞれ囲むように外側面１６ａに設けられた複数の突条部１６ｃを有している。突条部１６ｃは、外側面１６ａから外方（Ｘ軸方向）に突出している。突条部１６ｃの突出高さは、例えば１ｍｍである。各連通孔領域２７において、複数の連通孔１６ｂをそれぞれ囲む複数の突条部１６ｃは、互いに一体化され、格子状を呈している。

連通孔１６ｂは、蓄電モジュール２の製造工程において、内部空間Ｖに電解液を供給するために用いられる。連通孔１６ｂは、内部空間Ｖに電解液を供給する前に行われる内部空間Ｖの気密検査又は耐圧検査において、内部空間Ｖにヘリウム等のガスを供給するためにも用いられる。連通孔１６ｂは、電解液が供給された後は、内部空間Ｖで発生したガスが流れる流路として機能する。

次に、図４～図６を参照して、本実施形態に係る供給装置４０について説明する。図４は、実施形態に係る供給装置を示す平面図である。図５は、図４に示されるノズル及びパッキンの分解斜視図である。図６は、図４に示される供給装置を示す断面図である。図４及び図５に示される供給装置４０は、電池構造体３０の内部空間Ｖ（図２参照）に、連通孔１６ｂを通じて電解液又はガス等の流体を供給するための装置である。電池構造体３０は、蓄電モジュール２（図２参照）の内部空間Ｖに電解液が注入される前の状態である。電池構造体３０は、内部空間Ｖに電解液が注入されていない点で蓄電モジュール２（図２参照）と相違している。

供給装置４０は、複数（ここでは４つ）のノズル４１と、各ノズル４１の先端面４１ａに配置された複数（ここでは４つ）のパッキン４２と、を有している。ノズル４１の数は、連通孔領域２７の数と同じである。供給装置４０は、各ノズル４１の先端面４１ａを、パッキン４２を介して蓄電モジュール２の各連通孔領域２７に押し当てた状態で内部空間Ｖに流体を供給する。

先端面４１ａは矩形状を呈している。パッキン４２は、矩形板状を呈している。パッキン４２の一方面４２ａは、先端面４１ａと対向している。パッキン４２は、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等の樹脂材料によって形成されている。電解液は強アルカリ性なので、パッキン４２は、例えば、耐強アルカリ性を有する樹脂材料によって形成されている。パッキン４２の厚さ（一方面４２ａと先端面４１ａとの対向方向における長さ）は、例えば、５ｍｍである。

先端面４１ａには、パッキン４２の位置決め部として機能する凹部４３が設けられている。つまり、ノズル４１は、パッキン４２の位置決め部を有している。凹部４３は、パッキン４２の一方面４２ａと同形状である底面４３ａを有している。凹部４３の深さは、パッキン４２の厚さよりも浅く、例えば２ｍｍである。パッキン４２は、一方面４２ａ側の部分が凹部４３内に嵌め込まれることにより、先端面４１ａにおいて位置決めされる。パッキン４２の残りの部分（他方面４２ｂ側の部分）は、凹部４３外に飛び出している。

ノズル４１には、それぞれ流体を供給する複数（ここでは６つ）の流路４４が設けられている。一つのノズル４１に設けられた流路４４の数は、一つの連通孔領域２７に設けられた連通孔１６ｂの数と同じである。複数の流路４４は、それぞれ先端面４１ａに開口している。流路４４は、例えば断面円形を呈している。ノズル４１は、複数の流路４４をそれぞれ囲むように先端面４１ａに設けられた複数（ここでは６つ）の突条部４５を有している。先端面４１ａにおいて、突条部４５により囲まれた面積は、流路４４の開口面積よりも広い。

複数の突条部４５は、具体的には底面４３ａに設けられ、底面４３ａから外方に向かって（パッキン４２に向かって）突出している。突条部４５の突出高さは、凹部４３の深さよりも低く、例えば０．５ｍｍである。複数の突条部４５は、互いに一体化され、格子状を呈している。ノズル４１の先端部分は、例えば樹脂の射出成型によって形成されている。

パッキン４２には、流路４４と連通する複数（ここでは６つ）の貫通孔４６が設けられている。貫通孔４６は、例えば断面円形を呈している。貫通孔４６は、一方面４２ａ及び他方面４２ｂに開口している。

ノズル４１の先端面４１ａが蓄電モジュール２の連通孔領域２７に押し付けられた状態において、ノズル４１の流路４４は、パッキン４２の貫通孔４６及び蓄電モジュール２の連通孔１６ｂを通じて、内部空間Ｖと連通する。この状態において、突条部１６ｃ及び突条部４５は、パッキン４２を介して互いに対向している。突条部１６ｃ及び突条部４５の対向方向から見て、突条部１６ｃ及び突条部４５は互いに重なっている。これにより、突条部１６ｃ及び突条部４５の間では、パッキン４２が強く圧縮される。

突条部１６ｃ及び突条部４５の対向方向から見て、一方面４２ａの外縁は、複数の突条部４５の外縁のそれぞれよりも外側に位置しており、一方面４２ａの外縁部は、底面４３ａと接している。一方面４２ａの外縁と複数の突条部４５の外縁との離間距離は、突条部４５の突出高さよりも長い。

供給装置４０を用いて電池構造体３０の内部空間Ｖに電解液を供給し、蓄電モジュール２を製造する場合、図４に示されるように、複数のノズル４１の先端面４１ａを、それぞれパッキン４２を介して複数の連通孔領域２７に押し付ける。パッキン４２の一方面４２ａが先端面４１ａと接すると共に、パッキン４２の他方面４２ｂが連通孔領域２７と接する。複数の流路４４は、それぞれ対応する貫通孔４６及び複数の連通孔１６ｂを通じて、対応する内部空間Ｖと連通する。供給装置４０は、この状態で電解液の供給を行う。これにより、蓄電モジュール２が製造される。

以上説明したように、供給装置４０では、ノズル４１は、流路４４を囲むように先端面４１ａに設けられた突条部４５を有している。これにより、先端面４１ａと蓄電モジュール２の連通孔領域２７との間に配置されたパッキン４２に突条部４５が食い込み、パッキン４２を強く圧縮する。したがって、供給装置４０によれば、供給する流体の漏れを更に抑制することができる。よって、例えば、電解液を内部空間Ｖに加圧供給することができるので、蓄電モジュール２の生産性を向上させることができる。また、内部空間Ｖの気密検査又は耐圧試験における圧力を引き上げることができる。

ノズル４１の突条部４５は、パッキン４２を介して蓄電モジュール２の突条部１６ｃと対向している。このため、突条部４５及び突条部１６ｃは、パッキン４２を厚さ方向に挟み込むようにパッキン４２に食い込み、パッキン４２を一層強く圧縮する。したがって、供給する流体の漏れを一層抑制することができる。よって、内部空間Ｖに対する電解液の加圧供給が更に容易となり、蓄電モジュール２の生産性を更に向上させることができる。また、内部空間Ｖの気密検査又は耐圧試験における圧力を更に引き上げることができる。

供給装置４０では、パッキン４２の位置決め部として機能する凹部４３がノズル４１の先端面４１ａに設けられている。これにより、貫通孔４６が流路４４と連通する位置にパッキン４２を容易に配置することができる。

供給装置４０は、複数のノズル４１を備え、単体のノズル４１に対して、流路４４が複数設けられている。このため、複数の内部空間Ｖに対し、複数の流路４４により同時に流体を供給することができる。突条部４５は、複数の流路４４を囲むように先端面４１ａに複数設けられているので、複数の流路４４のそれぞれに対し、供給する流体の漏れを更に抑制することができる。

供給装置４０では、複数の突条部４５が互いに一体化されている。このため、例えば、複数の突条部４５を含むノズル４１の先端部分が樹脂の射出成型により形成される場合でも、複数の突条部４５の形成が容易となる。

本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、供給装置４０は、少なくとも１つ以上のノズル４１を有していればよい。また、ノズル４１には、少なくとも１つ以上の流路４４が設けられていればよい。１つの突条部４５が、複数の流路４４をまとめて囲むように先端面４１ａに設けられていてもよい。

パッキン４２は、位置決めされた状態で、例えば接着等により先端面４１ａに固定されていてもよい。この場合、先端面４１ａに凹部４３が設けられていなくても、貫通孔４６及び流路４４を互いに連通した状態に保つことができる。

１３…バイポーラ電極、１５…電極積層体、１６…封止体、１６ｂ…連通孔、１６ｃ…突条部（第２突条部）、３０…電池構造体、４０…供給装置、４１…ノズル、４１ａ…先端面、４２…パッキン、４３…凹部（位置決め部）、４４…流路、４５…突条部（第１突条部）、４６…貫通孔、Ｖ…内部空間。

Claims (5)

1. 積層された複数のバイポーラ電極を有する電極積層体と、前記電極積層体を取り囲むように配置され、隣り合う前記バイポーラ電極間に形成された内部空間を封止する封止体と、を有する電池構造体の前記内部空間に、前記封止体に設けられ、前記内部空間と連通する連通孔を通じて流体を供給するための供給装置であって、
   前記流体を供給する流路が設けられたノズルと、
   前記ノズルの先端面に配置されたパッキンと、を備え、
   前記パッキンには、前記流路と連通する貫通孔が設けられ、
   前記流路は、前記先端面に開口しており、
   前記ノズルは、前記流路を囲むように前記先端面に設けられた第１突条部を有する、供給装置。
2. 前記第１突条部は、前記連通孔を囲むように前記封止体の外側面に設けられた第２突条部と前記パッキンを介して互いに対向している、請求項１に記載の供給装置。
3. 前記先端面には、前記パッキンを位置決めする位置決め部が設けられている、請求項１又は２に記載の供給装置。
4. 単体の前記ノズルに対して、前記流路が複数設けられ、
   前記第１突条部は、前記複数の流路をそれぞれ囲むように前記先端面に複数設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の供給装置。
5. 前記複数の第１突条部は、互いに一体化されている、請求項４に記載の供給装置。

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