JP7232802B2 - 蓄電装置 - Google Patents

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Description

本開示は、蓄電装置に関する。
蓄電装置の一例として電池パックが挙げられる。従来の電池パック構造として、たとえば、特開２０１０－２７２３７８号公報（特許文献１）、特開２００９－１３４９０１号公報（特許文献２）、国際公開第２０１２／１３３７０８号（特許文献３）、特表２０１５－５２０４８０号公報（特許文献４）、および特開２０１２－２８３２１号公報（特許文献５）に記載のものが挙げられる。
特開２０１０－２７２３７８号公報 特開２００９－１３４９０１号公報 国際公開第２０１２／１３３７０８号 特表２０１５－５２０４８０号公報 特開２０１２－２８３２１号公報
複数の電池セルを拘束する構造を簡略化して小型化、軽量化を図りたいという要請がある。他方、拘束構造を簡略化したとき、各々の電池セルの変形のばらつき等に起因して、複数の電池セルの位置決め精度が低下し、電池セルの端子の位置ずれが生じる。
特許文献１～５に記載の構造は、上述の課題を解決する観点から、必ずしも十分なものではない。また、電池以外の蓄電装置においても、同様の課題が生じ得る。本開示の目的は、複数の蓄電セルの位置決めが正確に行われた蓄電装置を提供することにある。
本開示に係る蓄電装置は、積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、蓄電モジュールを収納する内部空間を有するケースとを備える。複数の蓄電セルは、電極端子が設けられた上面と、上面に対向する底面と、上面および底面に隣接する側面とを各々含む。ケースは、複数の蓄電セルの側面側に開口を有する本体と、開口上に設けられる蓋とを含む。ケースはさらに、複数の蓄電セルの側面と各々対向する第１内側面および第２内側面を有する。蓄電装置は、複数の蓄電セルとケースの第１内側面との間に設けられ、複数の蓄電セルをケースの第２内側面に向けて付勢する付勢手段をさらに備える。
本開示によれば、複数の蓄電セルの位置決めが正確に行われた蓄電装置を提供することができる。
電池パックの構成を示す分解斜視図である。 電池モジュールに含まれる電池セルを示す図である。 実施の形態１に係る電池パックのケース内部を示す断面斜視図である。 実施の形態１に係る電池パックにおける電池モジュールと弾性部材とを示す斜視図である。 実施の形態２に係る電池パックのケース内部を示す断面斜視図である。 実施の形態２に係る電池パックのケース内部を示す断面図である。 図６の部分拡大図である。
以下に、本開示の実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量等に言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量等に限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本開示にとって必ずしも必須のものではない。
図１は、電池パック１の構成を示す分解斜視図である。電池パック１は、電池モジュール１００と、ケース２００とを含む。
電池モジュール１００（蓄電モジュール）は、Ｙ軸方向（積層方向）に沿って積層された複数の電池セル（蓄電セル）を含む。
ケース２００は、ケース本体２１０と、仕切部材２２０と、蓋部材２３０とを含む。ケース本体２１０は、ケース２００の上面、底面および側面の一部を構成する。仕切部材２２０は、電池モジュール１００とともにケース本体２１０内に収納される。蓋部材２３０は、ケース２００の側面の一部を構成する。ケース本体２１０は、電池モジュール１００を構成する電池セル１１０の側面１１２Ｄ側（図２参照）に開口を有する。蓋部材２３０は、ケース本体２１０の開口上に設けられる。
ケース２００は、電池モジュール１００を収納する内部空間を有する。ケース本体２１０、仕切部材２２０および蓋部材２３０は、たとえばアルミニウム、マグネシウムなどの金属材からなる鋳造部品（ダイキャスト材）であってもよいし、カーボン含有素材からなるプレス成型部品であってもよい。ケース２００は上記の態様に限定されず、強度、放熱性、熱伝導性などの点において、所定の特性を満たすものであればよい。たとえば樹脂製のケース本体２１０、仕切部材２２０および蓋部材２３０である場合もあり得る。
ケース本体２１０と蓋部材２３０との接合部は、ゴム等のシール材、接着剤、およびホットメルト材などを用いて密閉されるか、超音波溶着、レーザ溶着などにより両者が接合されてもよい。これにより、ケース本体２１０、仕切部材２２０および蓋部材２３０からなるケース２００の内部に密閉空間が形成される。
電池パック１は、車両に搭載され得る。電池パック１が車両に搭載されるとき、典型的には、ケース本体２１０と蓋部材２３０とが水平方向（Ｘ軸方向）に並ぶ。本件明細書では、Ｘ軸方向を「左右方向」と称する場合がある。
図２は、電池モジュール１００に含まれる電池セル１１０を示す図である。図２に示すように、電池セル１１０は、電極端子１１１と、収容ケース１１２（筐体）とを含む。電極端子１１１は、正極端子１１１Ａと、負極端子１１１Ｂとを含む。電極端子１１１は、収容ケース１１２上に形成されている。収容ケース１１２には、図示しない電極体および電解液が収容されている。
収容ケース１１２は、平坦面状の直方体形状に形成されている。すなわち、電池セル１１０は角型セルである。収容ケース１１２は、Ｘ－Ｚ平面に沿って延びる主面１１２Ａと、Ｘ－Ｙ平面に沿って延びる上面１１２Ｂおよび底面１１２Ｃと、Ｙ－Ｚ平面に沿って延びる側面１１２Ｄとを有する。上面１１２Ｂには、電極端子１１１が設けられる。底面１１２Ｃは、上面１１２Ｂに対向する。側面１１２Ｄは、上面１１２Ｂおよび底面１１２Ｃに隣接する。
一例として、電池セル１１０は、リチウムイオン電池である。電池セル１１０はニッケル水素電池など他の電池であってもよい。また、本開示において「蓄電モジュール」は電池モジュール１００に限定されず、電池セル１１０に代えて、たとえばキャパシタが「蓄電セル」として用いられてもよい。
（実施の形態１）
図３は、実施の形態１に係る電池パック１のケース２００の内部を示す断面斜視図である。図３においては、ケース２００の上面部分を省略して示している。図３に示すように、ケース本体２１０は、支持部２１１を有する。支持部２１１は、ケース本体２１０のＹ軸方向の両端部に設けられる。支持部２１１は、電池モジュール１００のＹ軸方向の両端部に位置する電池セル１１０の主面１１２Ａに直接当接し、電池モジュール１００をＹ軸方向に沿って支持する。
支持部２１１は、それ自体が若干変形することにより、Ｙ軸方向に沿って電池モジュール１００を付勢可能である。支持部２１１を構成するケース本体２１０にたとえば空洞（図示せず）を設け、支持部２１１を薄肉化し、Ｙ軸方向に変形させやすくしてもよい。
Ｘ軸方向に沿って電池モジュール１００をケース本体２１０に挿入するとき、Ｙ軸方向に沿って電池モジュール１００に圧縮力が加えられる。このとき、たとえば各電池セル１１０間に圧縮可能な素材をセパレータとともに設けることなどにより、電池モジュール１００が全体としてＹ軸方向に圧縮され得る。電池モジュール１００がケース本体２１０に挿入された後、上記圧縮力が徐荷されると、圧縮された電池モジュール１００のＹ軸方向の長さが元に戻り、この結果、電池モジュール１００がケース本体２１０の内面をＹ軸方向に押圧する。この押圧力に対する反力が、ケース本体２１０が電池モジュール１００を支持する支持力となる。
電池モジュール１００の使用時に、電池セル１１０の収容ケース１１２内における電解液のガス化等の要因により、収容ケース１１２が膨張することがある。この膨張に起因する電池モジュール１００からケース本体２１０への押圧力、およびその反力も、ケース本体２１０による電池モジュール１００の支持に寄与し得る。
電池セル１１０の主面１１２Ａをケース本体２１０に直接に当接させてＹ軸方向に拘束することで、エンドプレートおよび拘束部材を設けることなく複数の電池セル１１０をＹ軸方向に拘束することができる。この結果、電池パック１の小型化が図られる。
さらに、ケース本体２１０の支持部２１１によって電池モジュール１００を拘束することにより、各々の電池セル１１０のＹ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。
また、図３に示すように、ケース本体２１０の内側面上、および仕切部材２２０上に、弾性部材３００（付勢手段）が設けられる。
図４は、本実施の形態に係る電池パック１における電池モジュール１００と弾性部材３００とを示す斜視図である。図４に示す例では、弾性部材３００は、電池モジュール１００のＹ軸方向の長さと略同じ長さを有し、電池モジュール１００の側面（複数の電池セル１１０の収容ケース１１２の側面１１２Ｄ）と対向するように設けられる。すなわち、弾性部材３００は、電池モジュール１００の側面とケース２００の内面（第１内側面）との間に設けられる。弾性部材３００は、電池モジュール１００をケース２００の内面（第２内側面）に向けて付勢する。
弾性部材３００としては、たとえば、ポリプロピレン樹脂、エアストマ等、所定の反発力を発生させることが可能な絶縁性の板状部材が用いられ得る。弾性部材３００は、電池モジュール１００をＸ軸方向に移動させる必要があるため、Ｙ軸方向の拘束によりモジュール両端部の電池セル１１０の主面１１２Ａに作用する摩擦力よりも大きな付勢力を発生させ得るものである必要がある。
電池モジュール１００に含まれる複数の電池セル１１０を弾性部材３００によりケース２００の内面に向けてＸ軸方向に付勢することで、ケース２００の内面に電池セル１１０を当接させ、電池セル１１０のＸ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。この結果、複数の電池セル１１０が積層された電池モジュール１００の意図しない変形を抑制し、電池セル１１０の電極端子１１１の位置ずれを抑制することが可能となる。
また、ケース本体２１０はケース２００の上面および底面を構成するものであるため、電池モジュール１００をケース本体２１０に挿入するとき、電池セル１１０の底面１１２Ｃとケース２００の底面とが当接することにより、複数の電池セルのＺ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。
このように、本実施の形態に係る電池パック１によれば、作業性を低下させることなく、電池セル１１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る電池パック１のケース２００の内部を示す断面斜視図である。図５においては、ケース２００の上面部分を省略して示している。図６は、ケース２００の内部を示す断面図であり、図７は、図６の部分拡大図である。
本実施の形態に係る電池パック１は、実施の形態１に係る電池パック１の変形例であって、図５～図７に示すように、実施の形態１の弾性部材３００に代えて、ケース２００の底部にリブ４００（付勢手段）を設けたことを特徴とする。
リブ４００は、複数の電池セル１１０の底面１１２Ｃと側面１１２Ｄとの間の角部に当接するように設けられる。すなわち、リブ４００は、電池モジュール１００の側面とケース２００の内面（第１内側面）との間に設けられ、電池モジュール１００をケース２００の内面（第２内側面）に向けて付勢する。
リブ４００は、ケース２００を構成する部材（ケース本体２１０、仕切部材２２０および蓋部材２３０）と一体に形成されてもよいし、別部材として形成されてもよい。いずれにしても、リブ４００は、Ｙ軸方向の拘束により生じる摩擦力に抗して電池モジュール１００をＸ軸方向に移動させることができる付勢力を発生させ得る板バネ機構として作用する。
リブ４００が設けられていない領域において、電池モジュール１００の側面（電池セル１１０の側面１１２Ｄ）に隣接するケース２００の底面に溝部を設け、結露水の一時的な逃げ部としてもよい。
電池モジュール１００に含まれる複数の電池セル１１０をリブ４００によりケース２００の内面に向けてＸ軸方向に付勢することで、ケース２００の内面に電池セル１１０を当接させ、電池セル１１０のＸ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。この結果、複数の電池セル１１０が積層された電池モジュール１００の意図しない変形を抑制し、電池セル１１０の電極端子１１１の位置ずれを抑制することが可能となる。
また、図６，図７に示すように、電池モジュール１００の底側に熱伝導材５００が設けられている。熱伝導材５００は、電池モジュール１００とケース本体２１０との間に設けられ、電池モジュール１００において発生した熱のケース２００への伝達を促進するものである。
上記以外の事項については、実施の形態１に係る電池パック１と同様であるため、詳細な説明は繰り返さない。
このように、本実施の形態に係る電池パック１によれば、実施の形態１と同様に、作業性を低下させることなく、電池セル１１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の位置決めを精度よく行うことができる。
以上、本開示の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 電池パック、１００ 電池モジュール、１１０ 電池セル、１１１ 電極端子、１１１Ａ 正極端子、１１１Ｂ 負極端子、１１２ 収容ケース、１１２Ａ 主面、１１２Ｂ 上面、１１２Ｃ 底面、１１２Ｄ 側面、２００ ケース、２１０ ケース本体、２１１ 支持部、２２０ 仕切部材、２３０ 蓋部材、３００ 弾性部材、４００ リブ、５００ 熱伝導材。

Claims (5)

  1. 積層された複数の蓄電セルを含む蓄電モジュールと、
    前記蓄電モジュールを収納する内部空間を有するケースとを備え、
    前記複数の蓄電セルは、電極端子が設けられた上面と、前記上面に対向する底面と、前記上面および前記底面に隣接する側面とを各々含み、
    前記ケースは、前記複数の蓄電セルの前記側面側に開口を有する本体と、前記開口上に設けられる蓋とを含み、
    前記ケースはさらに、前記複数の蓄電セルの側面と各々対向する第１内側面および第２内側面を有し、
    前記複数の蓄電セルと前記ケースの第１内側面との間に設けられ、前記複数の蓄電セルを前記ケースの第２内側面に向けて付勢する付勢手段をさらに備え、
    前記ケースは、前記内部空間に収納された前記蓄電モジュールを前記複数の蓄電セルの積層方向に沿って支持する支持部を含む、蓄電装置。
  2. 前記付勢手段は、前記複数の蓄電セルの側面と前記ケースの第１内側面との間に設けられた弾性部材を含む、請求項１に記載の蓄電装置。
  3. 前記付勢手段は、前記複数の蓄電セルの前記底面と前記第１内側面との間の角部に当接するリブを含む、請求項１または請求項２に記載の蓄電装置。
  4. 前記リブは前記ケースと一体に形成された、請求項３に記載の蓄電装置。
  5. 前記複数の蓄電セルはリチウムイオン電池セルである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電装置。
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