JP7463282B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第一実施形態の電源装置100を示す斜視図である。図1に示すように、電源装置100は、複数の電池セル1と、複数のセパレータ2と、複数の電池セル1と複数のセパレータ2とを集合化する拘束部材3と、を備える。複数の電池セル1は、一方向に沿って配置されている。それぞれのセパレータ2は、隣接する電池セル1の間に配置される。複数のセパレータ2は、絶縁性を有しており、隣接する電池セル1同士の短絡を防止する。また、セパレータ2は、断熱性を有しており、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制する。複数の電池セル1は、バスバー(図示せず)を介して、直列または並列に接続されている。電源装置100は、並列接続される電池セル1の数と、直列接続される電池セル1の数に応じて、電源装置の電圧と容量が決まるようになっている。電池セル1は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池など、種々の二次電池が採用されうる。
図2に示すように、電池セル1は、直方体形状の外装缶12と、正負の電極端子16が設けられる封口体14とを含んでいる。また、電池セル1は、外装缶12内に収納される電極体を有しており、外装缶12内に電解液が充填されており、充放電や劣化に伴い、膨張したり、収縮したりする特性を有している。
図3に示すように、セパレータ2は、隣接する電池セルと当接する当接部21と、当接部21よりも厚さが薄く形成される薄肉部22と、を含んでいる。当接部21は、電池セル1の外装缶12の中央部分に対応する位置に設けられており、外装缶12の幅広面を押圧して、電池セル1の膨張を抑制する。薄肉部22は、当接部21に隣接して設けられており、隣接する電池セル1の外装缶12の上端に沿って延在している。特に、薄肉部22は、外装缶12の上端に沿って形成される外装缶12の開口部と封口体14とが溶接された溶接部18と対向するように構成されている。溶接部18が押圧されると、溶接部18に応力が集中して、溶接部18が破損するおそれがあるが、セパレータ2は、薄肉部22から当接部21が電池セル1に向かって突出するように構成することで、薄肉部22が溶接部18を押圧することを防止できるようになっている。
セパレータ2が有する断熱部材は、0.1~1.5mmの厚さのシートであり、織布や不織布等からなる繊維シートと、繊維シートの繊維間に担持される多孔質材とを含んでいる。本発明の実施形態に好適な断熱部材は、熱伝導率が0.02W/(m・K)以下の特性を有しているものである。多孔質材は、キセロゲルやエアロゲル等の空隙構造を有するものが好ましい。特に、シリカエアロゲルやシリカキセロゲルは、空気分子の運動を規制するナノサイズの空隙構造を有しており、優れた断熱性能を有している。また、シリカキセロゲルは、外部からの押圧に対してその構造を安定的に維持することができる。シリカ粒子は、融点が高いため、シリカキセロゲルも高い耐熱性を有している。繊維シートを構成する繊維は、種々の繊維を用いることができ、耐熱性を有する難燃性繊維を含んでいてもよい。難燃性繊維としては、酸化アクリル繊維、難燃性ビニロン繊維、ポリエーテルイミド繊維、アラミド繊維およびガラス繊維などが知られている。特に、繊維シートは、ガラス繊維を含むことで、耐熱性の向上に加え、剛性の向上およびクリープ変形の抑制が期待できる。難燃性繊維を含む繊維シートを用いた断熱部材は、電池セル1が熱暴走して高温に加熱されても破損することがなく、安定して熱エネルギーの伝導を遮断して、熱暴走の誘発を効果的に阻止できる。
図4は、図1のセパレータ2の一例を示すための斜視図である。図4に示すセパレータ2Aは、成形性の高い樹脂で成形される挾着プレート部23Aと、挾着プレート部23Aの表面に配置される断熱部材24Aと、を備えている。断熱部材24Aは、上述の断熱部材を用いることが好ましい。挾着プレート部23Aは、当接部21と薄肉部22とを有している。セパレータ2Aは、成形性の高い樹脂で挾着プレート部23Aを成形することで、薄肉部22による溶接部18の押圧を防止できるようになっている。また、図4に示すように、必要に応じて、挾着プレート部23Aの周縁から隣接する電池セル1に向かって突出する周壁27を設けても良い。周壁27は、電池セル1の側面に沿って延在しており、電池セル1の変位を抑制したり、電池セル1を保持したりできるようになっている。周壁27を有するセパレータ2を採用することで、電源装置の組立性等の機能を向上させることができる。
図5および図6は、図1のセパレータ2の一例を示すための斜視図である。図5および図6に示すセパレータ2Bは、成形性の高い樹脂で成形される挾着プレート部23Bと、挾着プレート部23Bの内部に配置される断熱部材24Bと、を備えている。断熱部材24Bは、上述の断熱部材を用いることが好ましい。挾着プレート部23Bは、当接部21と薄肉部22とを有している。セパレータ2Bは、成形性の高い樹脂で挾着プレート部23Bを成形することで、薄肉部22による溶接部18の押圧を防止できるようになっている。また、図5および図6に示すように、必要に応じて、挾着プレート部23Bの周縁から隣接する電池セル1に向かって突出する周壁27を設けても良い。
図7は、図1のセパレータ2の一例を示すための斜視図である。図7に示すセパレータ2Cは、熱可塑性樹脂を添加して成形される断熱部材24Cを含んでいる。断熱部材24Cは、上述の断熱部材を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂を含む断熱部材24Cは、断熱部材24Cを加熱した状態で、プレス成形することで、当接部21および薄肉部22を有する板状に成形することができる。具体的には、シート状の断熱部材24Cを部分的にプレス成形することで、薄肉部22および当接部21を有するセパレータ2Cを成形することができる。このように成形されたセパレータ2Cは、プレス成形された部分が薄肉部22に相当する部分である。セパレータ2Cは、以上の構成により、薄肉部22による溶接部18の押圧を防止できるようになっている。
図8は、図1のセパレータ2の一例を示すための斜視図である。図8に示すセパレータ2Dは、複数のシート状の断熱部材24Dからなる。具体的には、セパレータ2Dは、寸法の異なる複数の断熱部材24Dを貼りあわせることで形成される。セパレータ2Dを構成する複数の断熱部材24Dは、隣接する電池セルの外装缶の幅広面より小さい面積を有する第一のシート25Dと、第一のシート25Dより面積が大きい第二のシート26Dを含んでいる。第一のシート25Dおよび第二のシート26Dの間には、接着層が介在しており、第一のシート25Dと第二のシート26Dとが接合されている。なお、接着層の構成は、どのような構成でもよく、接着剤や両面テープ等、さまざまなものが利用できる。第一のシート25Dは、第二のシートの中央に配置されている。以上の構成により、薄肉部22および当接部21を有するセパレータ2Dを成形することができ、薄肉部22による溶接部18の押圧を防止できるようになっている。
図9は、本発明の第二実施形態の電源装置200を示す斜視図である。なお、以下の説明において、第一実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を附し、説明を省略する。図9に示すように第二実施形態の電源装置200は、セパレータ2と電池セル1との間に冷却隙間4が形成されるように構成されている。電池セル1は、高温になると劣化が促進されるため、電池セル1を冷却することで、電池の劣化を抑制できるように構成されている。なお、図9に例示されるように、バインドバー34は、セパレータ2と電池セル1との間に冷却隙間4に冷却風を導入できるような形状とすることが好ましい。具体的には、図9に例示される電源装置200では、一方の側面に一対のバインドバー34が設けられており、一対のバインドバー34の間に冷却隙間4の流入口が臨むように構成されている。
図10および図11は、図9のセパレータ2の一例を示すための斜視図である。図10および図11に示すセパレータ2Eは、成形性の高い樹脂で成形される挾着プレート部23Eと、挾着プレート部23Eの表面に配置される断熱部材24Eと、を備えている。断熱部材24Eは、上述の断熱部材を用いることが好ましい。挾着プレート部23Eは、当接部21と、薄肉部22と、複数条のリブ28を含んでおり、挾着プレート部23Eの一方の面に当接部21が形成され、挾着プレート部23Eの他方の面に複数条のリブ28が形成されている。複数条のリブ28は、隣接する電池セルの外装缶と当接することで、隣接するリブ28の間に冷却隙間4を形成する。冷却隙間4に強制送風される空気などの冷却用の気体が、セパレータ2Eの冷却隙間4を流れることにより電池セル1を冷却することができる。
図12および図13は、図9のセパレータ2の一例を示すための斜視図である。図12および図13に示すセパレータ2Fは、成形性の高い樹脂で成形される挾着プレート部23Fと、挾着プレート部23Fの表面に配置される断熱部材24Fと、を備えている。断熱部材24Fは、上述の断熱部材を用いることが好ましい。挾着プレート部23Fは、当接部21と、薄肉部22と、複数条のリブ28を含んでおり、挾着プレート部23Fの一方の面に当接部21が形成され、挾着プレート部23Fの他方の面に複数条のリブ28が形成されている。
4…冷却隙間。
Claims (4)
- 外形を角形とした複数の電池セルと、
隣接する電池セルを絶縁するための複数のセパレータであって、それぞれのセパレータが断熱性を有しており、かつ、それぞれのセパレータが隣接する電池セルの間に配置されており、かつ、それぞれのセパレータが隣接する電池セルと当接する当接部と、当接部よりも厚さが薄く形成される薄肉部と、を含んでいる、該複数のセパレータと、
前記複数の電池セルと前記複数のセパレータとを集合化する拘束部材と、を備え、
前記複数のセパレータは、それぞれ、断熱性を有する複数の積層シートからなる断熱部材であり、
前記複数の積層シートは、前記当接部に対応する面積を有する第一のシートと、前記第一のシートよりも大きい面積を有する第二のシートと、を含んでおり、かつ、前記第一のシートと前記第二のシートが接着され、
前記当接部は、前記電池セルの中央部分に対応する位置に設けられ、
前記複数の電池セルは、それぞれの電池セルが開口を有する扁平な直方体形状の外装缶と、前記外装缶の開口部に溶接される封口体と、有しており、
前記薄肉部は、隣接する電池セルの封口体と外装缶の開口部の溶接部分に沿って延在しており、
前記電池セルと前記セパレータとの配列方向から見て、前記薄肉部は前記溶接部分と重なり、前記当接部は前記溶接部分より前記電池セルの内側に位置している電源装置。 - 請求項1に記載の電源装置において、
前記断熱部材は、主繊維を含む繊維シートと、前記繊維シートに担持される粉体と、を含んでいることを特徴とする電源装置。 - 請求項2に記載の電源装置において、
前記粉体は、シリカエアロゲルまたはシリカキセロゲルを含んでいることを特徴とする電源装置。 - 請求項2に記載の電源装置において、
前記繊維シートは、難燃性ビニロン繊維、ポリエーテルイミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維のうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とする電源装置。
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