JP5652316B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の蓄電素子を保持する構造を備えた蓄電装置に関する。

特許文献１〜４では、いわゆる円筒型の単電池を用いて組電池を構成しており、円筒型の単電池を保持する構造が記載されている。単電池を保持する構造としては、複数のホルダを用いて、単電池の長手方向における両端部を支持している。各ホルダは、単電池の外周に沿った形状に形成された部分を用いて、単電池を支持している。

特開平１１−０４５６９１号公報 特開平１１−１５４４９９号公報 特開２０１０−００９７９８号公報 特開２００９−２８９６５６号公報

単電池の長手方向における両端部を支持する構造では、複数の単電池を保持する構造が複雑になってしまうおそれがある。

本発明である蓄電装置は、複数の蓄電素子およびホルダを有する。複数の蓄電素子のそれぞれは、所定方向に延びている。ホルダは、複数の蓄電素子が所定方向と直交する面内で並べられた状態において、複数の蓄電素子を保持する。また、ホルダは、一対のプレートおよび進入部材を有する。一対のプレートは、所定方向と直交する面内に配置され、各蓄電素子を貫通させる開口部を有する。進入部材は、一対のプレートによって挟まれ、進入部材の一部は、開口部の内壁および蓄電素子の外面の間に形成される隙間に進入し、この隙間を充填する。

進入部材としては、弾性変形するゴムを用いることができる。この場合には、進入部材を弾性変形させた状態において、一対のプレートを互いに固定することができる。これにより、進入部材の一部を、開口部および蓄電素子の間に進入させたままとすることができる。

ゴムで形成された進入部材には、各蓄電素子を貫通させる開口部を設けることができる。進入部材に複数の開口部を形成することにより、複数の蓄電素子をホルダに対して容易に固定することができるとともに、ホルダの部品点数が増加するのを抑制することができる。

一方、進入部材としては、接着剤を用いることができる。接着剤は、一対のプレートのうち、少なくとも一方に塗布しておくことができる。また、接着剤としては、一方のプレートに塗布された主剤と、他方のプレートに塗布された硬化剤とを用いることができる。主剤および硬化剤を混合することにより、一対のプレートを接着することができる。また、一対のプレートを突き合わせるときに、開口部の内壁および蓄電素子の外面の間に形成される隙間に、接着剤を進入させて硬化させることができる。

プレートの外縁に沿った位置に、閉塞部材を配置することができる。閉塞部材は、進入部材がプレートの外縁から突出するのを阻止することができる。これにより、開口部の内壁および蓄電素子の外面の間に形成された隙間に対して、進入部材の一部を進入させやすくなる。一方、蓄電素子としては、いわゆる円筒型の蓄電素子を用いることができる。円筒型の蓄電素子では、所定方向と直交する面における蓄電素子の断面形状が円形に形成されている。

本発明によれば、一対のプレートによって進入部材を挟み、進入部材の一部を、開口部および蓄電素子の間に形成された隙間に進入させている。これにより、ホルダに対して複数の蓄電素子を容易に固定することができる。また、ホルダは、一対のプレートおよび進入部材で構成でき、ホルダの構造を簡素化することもできる。

実施例１である電池パックの外観図である。 実施例１である電池パックの側面図である。 実施例１である電池パックの分解図である。 実施例２である電池パックの分解図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置に相当する）の外観図である。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する軸である。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面においても同様である。

電池パック１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有する。単電池１０は、いわゆる円筒型の単電池である。すなわち、単電池１０は、Ｘ方向に延びており、単電池１０をＹ−Ｚ平面で切断したときの断面形状は、円形に形成されている。図１では、２つの単電池１０を示しているが、単電池１０の数は、適宜設定することができる。

単電池１０としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。電池パック１は、例えば、車両を走行させるための動力源として用いることができる。

図２に示すように、Ｘ方向における単電池１０の両端面には、正極端子１１および負極端子１２が設けられている。図２は、図１に示す電池パック１をＹ方向から見たときの側面図である。単電池１０は、電池ケース１３と、電池ケース１３の内部に配置された発電要素１４とを有する。電池ケース１３の一部は、正極端子１１および負極端子１２を構成している。

本実施例において、正極端子１１は、凸面で構成されており、負極端子１２は、平坦な面で構成されているが、これに限るものではない。具体的には、正極端子１１および負極端子１２を、凸面で構成することができる。

発電要素１４は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されたセパレータとを有する。セパレータは、電解液を含んでいる。正極板は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。正極活物質層は、例えば、正極に対応する活物質と、導電剤と、バインダーとを含んでいる。発電要素１４の正極板は、単電池１０の正極端子１１と電気的に接続されている。

負極板は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。負極活物質層は、例えば、負極に対応する活物質と、導電剤と、バインダーとを含んでいる。発電要素１４の負極板は、単電池１０の負極端子１２と電気的に接続されている。

ホルダ２０は、複数の単電池１０を保持する。ホルダ２０は、Ｘ方向に延びる単電池１０であれば、この単電池１０を保持することができる。

本実施例では、正極端子１１（又は負極端子１２）が、ホルダ２０に対して同一の側に位置するように、複数の単電池１０が配置されている。複数の単電池１０における複数の正極端子１１には、１つのバスバーが接触し、複数の単電池１０における複数の負極端子１２には、１つのバスバーが接触する。これにより、複数の単電池１０は、電気的に並列に接続されることになる。

なお、本実施例では、複数の単電池１０を電気的に並列に接続しているが、複数の単電池１０を電気的に直列に接続することもできる。２つの単電池１０を電気的に直列に接続するときには、一方の単電池１０の正極端子１１と、他方の単電池１０の負極端子１２とを、ホルダ２０に対して同一の側に配置することが好ましい。

これにより、バスバーを用いて、２つの単電池１０を電気的に直列に接続し易くなる。すなわち、ホルダ２０に対して同一の側に位置する正極端子１１および負極端子１２に対して、バスバーを接続するだけでよい。複数の単電池１０を電気的に直列に接続するときには、単電池１０の数に対応した数のバスバーを用意しておく必要がある。複数のバスバーを、樹脂などの絶縁材料で形成されたホルダによって保持すれば、複数のバスバーを取り扱い易くなる。

本実施例では、複数の単電池１０を保持したホルダ２０を、パックケースに収容することができる。パックケースには、電池パック１の入出力端子としての正極端子および負極端子を設けておくことができる。正極端子は、複数の正極端子１１と接続された１つのバスバーに接続することができる。負極端子は、複数の負極端子１２と接続された１つのバスバーに接続することができる。

ホルダ２０は、一対の剛性プレート２１，２２と、弾性プレート（進入部材に相当する）２３とを有する。剛性プレート２１，２２は、単電池１０を保持する機能を有するとともに、弾性プレート２３を変形させる機能を有する。剛性プレート２１，２２は、Ｙ−Ｚ平面内に配置される。剛性プレート２１，２２は、例えば、アルミニウムといった金属で形成することができる。

剛性プレート２１，２２を金属で形成すれば、単電池１０で発生した熱を大気中に放出しやすくなる。単電池１０は、充放電などによって発熱するが、剛性プレート２１，２２を金属で形成することにより、単電池１０で発生した熱を剛性プレート２１，２２に逃がしやすくなる。これにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。

剛性プレート２１，２２の放熱性を向上させるために、剛性プレート２１，２２にフィンを設けることができる。フィンは、剛性プレート２１，２２の互いに向かい合う面とは異なる面に設けることができる。剛性プレート２１，２２にフィンを設けることにより、剛性プレート２１，２２の剛性を向上させることもできる。

剛性プレート２１，２２は、単電池１０を貫通させる開口部２１ａ，２２ａを有する。開口部２１ａは、単電池１０の数だけ設けられており、単電池１０の外周面に沿った形状に形成されている。本実施例では、単電池１０の外周面が円形に形成されているため、開口部２１ａも円形に形成されている。開口部２１ａの径は、単電池１０の径と略等しくなっている。同様に、開口部２２ａは、単電池１０の数だけ設けられており、単電池１０の外周面に沿った形状（円形）に形成されている。そして、開口部２２ａの径は、単電池１０の径と略等しくなっている。

開口部２１ａ，２２ａの径が単電池１０の径よりも小さいと、単電池１０を開口部２１ａ，２２ａに挿入できなくなってしまう。また、開口部２１ａ，２２ａの径が単電池１０の径に対して大きすぎると、開口部２１ａ，２２ａを用いて単電池１０を保持し難くなってしまう。

単電池１０を挿入する点と、単電池１０を保持する点とを考慮して、開口部２１ａ，２２ａの径を設定することができる。ここで、単電池１０の製造誤差によって、単電池１０の径にバラツキが発生することもあるため、単電池１０の径のバラツキも考慮して、開口部２１ａ，２２ａの径を設定することができる。

本実施例では、開口部２１ａ，２２ａの径を互いに等しくしているが、開口部２１ａ，２２ａの径を異ならせることもできる。具体的には、開口部２１ａ，２２ａの一方の径を、単電池１０の径と等しくしておき、他方の径を、単電池１０の径よりも大きくすることができる。

剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂをＹ−Ｚ平面内で合わせると、複数の開口部２１ａと、複数の開口部２２ａとは、Ｘ方向において互いに重なる。このため、互いに重なった開口部２１ａ，２２ａに対して、単電池１０を挿入することができる。

本実施例において、剛性プレート２１，２２は、同一の構造を有し、同一の材質で形成されているが、構造および材質の少なくとも一方を異ならせることもできる。

構造を異ならせる場合としては、例えば、剛性プレート２１，２２の厚さ（Ｘ方向の長さ）を異ならせたり、外形を異ならせたりすることができる。外形を異ならせる場合としては、例えば、剛性プレート２１にフィンを設け、剛性プレート２２にフィンを設けないことができる。材質を異ならせる場合としては、例えば、互いに異なる金属材料を用いることができる。

弾性プレート２３は、弾性変形する材料で形成されている。弾性プレート２３の材料としては、例えば、ゴムを用いることができる。弾性プレート２３は、単電池１０を貫通させる開口部２３ａを有しており、開口部２３ａは、単電池１０の数だけ設けられている。

開口部２３ａは、単電池１０の外周に沿った形状（円形）に形成されており、開口部２３ａの径は、単電池１０の径と等しくなっている。ここで、弾性プレート２３は、弾性変形することができるため、開口部２３ａに単電池１０を挿入することができれば、開口部２３ａの径を、単電池１０の径よりも小さくすることもできる。

弾性プレート２３の外縁２３ｂは、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂに沿って形成されている。すなわち、Ｘ方向から見たときに、弾性プレート２３の外縁２３ｂは、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂに沿っている。

図３に示すように、弾性プレート２３は、一対の剛性プレート２１，２２によってＸ方向で圧縮されることにより、弾性変形する。ここで、弾性プレート２３と接触する剛性プレート２１，２２の面は、平坦な面で構成されている。また、剛性プレート２１，２２と接触する弾性プレート２３の面も、平坦な面で構成されている。

一対の剛性プレート２１，２２が弾性プレート２３を挟むことにより、弾性プレート２３が変形して、弾性プレート２３の厚さ（Ｘ方向の長さ）が薄くなる。また、弾性プレート２３の厚さが薄くなることに応じて、弾性プレート２３の一部（開口部２３ａの周辺）は、開口部２１ａ（又は開口部２２ａ）と単電池１０の外周面との間に形成された隙間に対して、変形しながら進入する。

弾性プレート２３の一部が、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間に形成された隙間に進入することにより、単電池１０を固定することができる。弾性プレート２３の厚さ（Ｘ方向の長さ）は、弾性プレート２３の硬度などを考慮して、適宜設定することができる。

一対の剛性プレート２１，２２は、弾性プレート２３を変形させたままの状態において、互いに固定される。剛性プレート２１，２２は、互いに固定されていればよく、剛性プレート２１，２２を固定する構造は、適宜選択することができる。例えば、ボルトおよびナットを用いて、剛性プレート２１，２２を固定したり、剛性プレート２１，２２を溶接したりすることができる。

本実施例において、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂは、パックケースに接触させることができる。一対の剛性プレート２１，２２が弾性プレート２３を圧縮すると、弾性プレート２３の弾性変形によって、弾性プレート２３の一部が、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂから突出するおそれがある。

そこで、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂをパックケースで覆うことにより、弾性プレート２３の一部が、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂから突出するのを阻止することができる。弾性プレート２３の一部が外縁２１ｂ，２２ｂから突出するのを阻止することにより、弾性プレート２３の一部を、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間に形成された隙間に移動させやすくすることができる。

なお、パックケース（閉塞部材に相当する）の代わりに、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂを囲むための枠部材（閉塞部材に相当する）を用いることもできる。

本実施例では、弾性プレート２３に複数の開口部２３ａを形成しているが、これに限るものではない。すなわち、一対の剛性プレート２１，２２が弾性体を挟んだ状態において、弾性体の一部を、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間に形成された隙間に進入させることができればよい。

例えば、各単電池１０の外周面に対して、リング形状の弾性体を取り付けておき、一対の剛性プレート２１，２２によって弾性体を挟むとともに、弾性体の一部を、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間に形成された隙間に進入させることができる。複数の単電池１０に取り付けられるリング形状の弾性体は、別体として構成することもできるし、複数の弾性体を互いに繋ぐことによって一体として構成することもできる。

本実施例において、弾性プレート２３の厚さ（Ｘ方向の長さ）は均一であるが、これに限るものではない。例えば、開口部２３ａの周辺における厚さを、他の領域における厚さよりも厚くすることができる。これにより、開口部２３ａの周囲に位置する部分を、変形させて、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間の隙間に進入させやすくすることができる。

ここで、開口部２１ａ，２２ａの周辺部分の厚さは、Ｙ−Ｚ平面内で開口部２１ａ，２２ａから離れるにつれて薄くすることができる。すなわち、開口部２１ａ，２２ａの周辺部分において、テーパ面を形成することができる。このように構成しても、弾性プレート２３の一部を、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間の隙間に進入させやすくすることができる。

本実施例において、弾性プレート２３と接触する剛性プレート２１，２２の面は、平坦な面で構成されているが、これに限るものではない。具体的には、弾性プレート２３と接触する剛性プレート２１，２２の面に、Ｘ方向に突出する突起部を設けることができる。突起部は、開口部２１ａ，２２ａの周囲に設けることができる。

突起部を用いることにより、弾性プレート２３の一部を、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間の隙間に進入させやすくすることができる。すなわち、突起部が弾性プレート２３を押すことにより、開口部２３ａの周辺部分を変形させやすくすることができる。突起部は、開口部２１ａ，２２ａに沿うようにリング状に形成することができる。また、開口部２１ａ，２２ａの同心円状の軌跡に沿って、複数の突起部を設けることもできる。

突起部は、剛性プレート２１，２２の少なくとも一方に形成することができる。剛性プレート２１，２２の両方に突起部を設けるときには、剛性プレート２１の突起部と、剛性プレート２２の突起部は、Ｘ方向で対向していないことが好ましい。剛性プレート２１，２２に設けられた突起部が、Ｘ方向で対向していると、これらの突起部によって、弾性プレート２３の変形が抑制されてしまうおそれがある。

また、突起部の高さ（Ｘ方向の長さ）は、剛性プレート２１，２２によって弾性変形させる前（自然状態）の弾性プレート２３の厚さよりも小さいことが好ましい。突起部の高さが、自然状態の弾性プレート２３の厚さよりも大きいと、突起部によって、弾性プレート２３の変形が抑制されてしまうおそれがある。

本実施例では、剛性プレート２１，２２に対して、単電池１０の数だけ、開口部２１ａ，２２ａを形成しているが、これに限るものではない。Ｙ−Ｚ平面内で隣り合う複数の開口部２１ａ（又は開口部２２ａ）は、一部において、繋がっていてもよい。ここで、複数の開口部２１ａ（又は開口部２２ａ）を繋げる領域が広がると、開口部２１ａ（又は開口部２２ａ）によって単電池１０を保持しにくくなることがある。この点を考慮して、複数の開口部２１ａ（又は開口部２２ａ）を繋げることもできる。

本実施例におけるホルダ２０は、一対の剛性プレート２１，２２および弾性プレート２３を有しているが、これに限るものではない。具体的には、３つ以上の剛性プレートを用いることもできる。この場合において、弾性プレートは、Ｘ方向で隣り合う２つの剛性プレートによって挟まれていればよい。

本実施例において、弾性プレート２３の開口部２３ａは、円形に形成されているが、これに限るものではない。開口部２３ａは、単電池１０の外周面と密接できればよい。例えば、開口部２３ａの外形を多角形とすることができる。多角形の開口部２３ａを用いれば、開口部２３ａの一部の領域を、単電池１０の外周面に密接させることができ、単電池１０をホルダ２０上で固定することができる。

また、剛性プレート２１，２２に形成された開口部２１ａ，２２ａは、単電池１０を貫通させることができればよく、開口部２１ａ，２２ａを、円形以外の形状に形成することができる。具体的には、開口部２１ａ，２２ａの外形を多角形とすることができる。

本発明の実施例２である電池パックについて説明する。本実施例において、実施例１で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。

実施例１では、一対の剛性プレート２１，２２の間に、弾性プレート２３を配置しているが、本実施例では、一対の剛性プレート２１，２２の間に、接着剤（進入部材に相当する）を配置している。本実施例では、実施例１と異なる点について、主に説明する。

図４は、ホルダ２０を組み立てる前の状態を示している。剛性プレート２１のうち、剛性プレート２２と対向する面には、主剤３１が塗布されている。主剤３１が塗布される剛性プレート２１の面は、平坦な面で構成されている。剛性プレート２２のうち、剛性プレート２１と対向する面には、硬化剤３２が塗布されている。硬化剤３２が塗布される剛性プレート２２の面は、平坦な面で構成されている。

剛性プレート２１，２２をＸ方向で近づけることにより、主剤３１および硬化剤３２を混合することができる。主剤３１および硬化剤３２を混合することにより、一対の剛性プレート２１，２２を接着することができる。主剤３１としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。また、硬化剤３２としては、例えば、ポリアミド樹脂やポリチオール樹脂を用いることができる。主剤３１および硬化剤３２の材料を適宜設定することにより、接着剤の硬化時間を設定することができる。

一対の剛性プレート２１，２２を突き合わせたとき、主剤３１および硬化剤３２を含む層は、剛性プレート２１，２２の間に存在するとともに、一部が、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間に形成された隙間に浸入する。

主剤３１および硬化剤３２を含む層が、剛性プレート２１，２２の間で硬化することにより、剛性プレート２１，２２を接着することができる。また、主剤３１および硬化剤３２を含む層の一部が、開口部２１ａ，２２ａと単電池１０の外周面との間に形成された隙間に浸入して硬化することにより、開口部２１ａ，２２ａに対して単電池１０を固定することができる。

本実施例によれば、流動性を有する主剤３１および硬化剤３２を用いているため、一対の剛性プレート２１，２２を容易に突き合わせることができる。主剤３１および硬化剤３２を硬化させることにより、剛性プレート２１，２２を容易に固定することができる。また、実施例１と同様に、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂを、パックケースで囲むことにより、剛性プレート２１，２２を突き合わせたときに、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂから主剤３１および硬化剤３２が漏れてしまうのを阻止することができる。

なお、パックケースの代わりに、剛性プレート２１，２２の外縁２１ｂ，２２ｂを囲むための枠部材を用いることもできる。枠部材は、剛性プレート２１，２２を接着するときに用い、剛性プレート２１，２２を接着した後では、枠部材を取り外すことができる。

外縁２１ｂ，２２ｂから主剤３１および硬化剤３２が漏れてしまうのを阻止することにより、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間に形成されたスペースに対して、主剤３１および硬化剤３２を浸入し易くすることができる。

本実施例では、剛性プレート２１，２２に、主剤３１および硬化剤３２をそれぞれ塗布しているが、これに限るものではない。すなわち、剛性プレート２１，２２を接着するとともに、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間に形成されたスペースに接着剤を浸入させることができればよい。

例えば、剛性プレート２１のうち、剛性プレート２２と対向する面だけに接着剤を塗布しておくことができる。この場合には、剛性プレート２１，２２を突き合わせることにより、剛性プレート２１，２２の間で接着剤を硬化させるとともに、開口部２１ａ，２２ａおよび単電池１０の間の隙間に接着剤を浸入させて硬化させることができる。

１：電池パック（蓄電装置） １０：単電池（蓄電素子）
１１：正極端子 １２：負極端子
１３：電池ケース １４：発電要素
２０：ホルダ ２１，２２：剛性プレート
２１ａ，２２ａ：開口部 ２１ｂ：外縁
２３：弾性プレート（進入部材） ２３ａ：開口部
２３ｂ：外縁 ３１：主剤
３２：硬化剤

Claims (8)

1. 所定方向にそれぞれ延びる複数の蓄電素子と、
   前記複数の蓄電素子が前記所定方向と直交する面内で並べられた状態において、前記複数の蓄電素子を保持するホルダと、を有し、
   前記ホルダは、
   前記所定方向と直交する面内に配置され、前記各蓄電素子を貫通させる開口部を有する一対のプレートと、
   前記一対のプレートによって挟まれ、一部が前記開口部の内壁および前記蓄電素子の外面の間に形成される隙間に進入し、この隙間を充填する進入部材と、
   を有することを特徴とする蓄電装置。
   
2. 前記進入部材は、前記一対のプレートによって挟まれて弾性変形するゴムであることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記一対のプレートは、前記進入部材を弾性変形させた状態において、互いに固定されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記進入部材は、前記各蓄電素子を貫通させる開口部を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄電装置。
5. 前記進入部材は、接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
6. 前記接着剤は、一方の前記プレートに塗布された主剤と、他方の前記プレートに塗布された硬化剤とが混合していることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
7. 前記プレートの外縁に沿って配置され、前記進入部材が前記プレートの外縁から突出するのを阻止する閉塞部材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の蓄電装置。
8. 前記所定方向と直交する面における前記蓄電素子の断面形状が円形であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置。
   

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