JP6988346B2

JP6988346B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP6988346B2
Application number: JP2017193577A
Authority: JP
Inventors: 孝典兎澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-10-03
Also published as: JP2019067665A

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来から複数の電池セルを備えた蓄電装置が知られている。特開２０１４−１０２９３９号公報に記載された電池モジュールは、複数の電池セルと、複数の中間部材と、ケースとを含む。

ケースは、内部に複数の電池セルと、複数の中間部材とを収容している。ケースはボトムプレートと、エンドプレートと、サイドプレートとを含み、電池セルは各プレートによって囲まれた空間内に収容されている。電池セルは、箱型の収容ケースと、収容ケース内に配置された電極体とを含む。

中間部材は、絶縁シートと、絶縁シートの両面に設けられた支持部とを含む。中間部材は、電池セル間に配置されている。中間部材に設けられた支持部は、電池セルの中央部分を支持している。

電池セルをケース内に収容する際において、電池セル同士の間と、電池セルおよびエンドプレートの間とには隙間を設けておき、電池セルを配置した後に、各隙間に中間部材を配置する。

特開２０１４−１０２９３９号公報

収容ケースの製造バラツキや、電極体の製造バラツキによって、電池セルの寸法には、バラツキがある。そのため、収容する電池セルによっては、エンドプレートおよび電池セルの間や電池セルおよび中間部材の間に隙間が生じたり、または、中間部材が電池セル間などに挿入できない場合が生じる。

このような場合には、電池セル間などにスペーサを挿入して、各電池セルを固定する方法が考えられる。

しかし、電池セルの寸法バラツキによって生じる隙間の寸法は様々であり、この隙間寸法に合わせて、各種のスペーサを準備しておくことは、製造コストの高騰につながる。

なお、上記のような課題は、電池セルを備えた電池モジュールなどに限られず、複数の容量素子を備えたキャパシタにおいても同様の課題が生じる。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の蓄電素子を備えた蓄電装置において、蓄電素子の寸法にばらつきが生じたとしても、各蓄電素子に均等な荷重を加えることができると共に、製造コストの低減が図られた蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、一方向に配列する複数の蓄電素子と、複数の蓄電素子を収容する収容ケースと、蓄電素子同士の間または、一方向に配列する複数の蓄電素子の端の少なくともいずれかに配置された板状のスペーサとを備える。上記スペーサは、厚さ方向の端部に位置する第１主表面および第２主表面と、第１主表面に形成された複数の凸部を含む。２つのスペーサを対向させたとすると、一方のスペーサに形成された複数の凸部の各凸部は、他方のスペーサに形成された複数の凸部の間に嵌まり込めるように形成された。

上記の蓄電装置においては、各スペーサを重ね合わせる際に、重ね合わせ態様を異ならせることで、重ねあわせたスペーサの合計厚さを変更することができる。これにより、蓄電素子間などに生じる隙間の寸法に応じて、スペーサの重ね合わせ態様やスペーサの枚数などを調整することで、各種寸法の隙間にスペーサを挿入することができる。

本開示に係る蓄電装置によれば、蓄電素子の寸法にばらつきが生じたとしても、各蓄電素子に均等な荷重を加えることができると共に、製造コストの低減を図ることができる。

蓄電装置１を示す分解斜視図である。ケース本体５を示す斜視図である。セルユニット３を示す斜視図である。スペーサ２１Ａを示す斜視図である。スペーサ２１Ａを示す平面図であり、主表面３５Ａ側を示す平面図である。スペーサ２１Ａを示す斜視図であり、主表面３６Ａ側を示す斜視図である。図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。スペーサ２１Ｂおよびスペーサ２１Ｃを示す側面図である。スペーサ２１Ｄおよびスペーサ２１Ｅを示す側面図である。スペーサ２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈを示す側面図である。スペーサ２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈの組み合わせ態様の変形例を示す側面図である。比較例に係るスペーサ１００を示す側面図である。

図１から図１３を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置１について説明する。図１から図１３に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する場合がある。

図１は、蓄電装置１を示す分解斜視図である。蓄電装置１は、収容ケース２と、セルユニット３，４とを備える。

収容ケース２は、ケース本体５と、蓋６と、複数のボルト７とを含む。ケース本体５は、上方に向けて開口する開口部が形成されている。蓋６は、ケース本体５の開口部を閉塞するように設けられている。蓋６の外周縁部には、複数のフランジ８が形成されている。各フランジ８には、ボルト７が挿入される貫通孔が形成されている。

セルユニット３，４は、複数の電池セル２０を含み、複数の電池セル２０が配列方向Ｄ１に配列するように配置されている。セルユニット３およびセルユニット４は、配列方向Ｄ２に配列するように配置されている。

図２は、ケース本体５を示す斜視図である。ケース本体５は、底板１０と、周壁１１と、仕切壁１２と、ボス１３とを含む。

周壁１１は、底板１０の外周縁部から上方に立ち上がるように形成されている。周壁１１は、側壁１７Ａ，１７Ｂと、側壁１８Ａ，１８Ｂとを含む。

側壁１７Ａと、側壁１７Ｂとは、配列方向Ｄ１に互いに対向するように配置されている。側壁１８Ａと、１８Ｂとは、配列方向Ｄ２に互いに対向するように配置されている。

仕切壁１２は、収容ケース２内を２つの収容空間１５，１６に分けるように設けられている。なお、仕切壁１２は、配列方向Ｄ１に延びるように形成されている。

ボス１３は、周壁１１の外周面に間隔をあけて複数設けられている。ボス１３には、ボルト７が挿入される孔が形成されており、この孔には、ボルト７のネジ部を螺合する雌ネジが形成されている。

各ボルト７は、フランジ８およびボス１３に挿入されており、この複数のボルト７によって、ケース本体５に蓋６が固定されている。

図１および図２を参照して、セルユニット３は収容空間１５に収容されており、セルユニット４は収容空間１６内に収容されている。

セルユニット３，４は、複数の電池セル２０を含む。複数の電池セル２０は、一方向に配列するように設けられている。

図３は、セルユニット３を示す斜視図である。セルユニット３は、複数の電池セル２０と、複数のスペーサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅとを含む。

この図３に示す例においては、セルユニット３は、５枚のスペーサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅを含む。

電池セル２０は、ケース２２と、電極体２３とを含む。ケース２２は、たとえば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などによって形成されている。電極体２３は、複数の正極シートと、複数のセパレータと、複数の負極シートとを含む。

ケース２２は、ケース本体２４と、蓋２５とを含む。ケース本体２４には、上方に向けて開口する開口部が形成されている。蓋２５は、ケース本体２４の開口部縁部に溶接されている。

ケース本体２４は、しぼり成形や押出し成形によって形成されており、ケース本体２４の寸法にばらつきが生じる場合がある。

このため、たとえば、セルユニット３を収容空間１５に収容する際に、セルユニット３によっては、ケース本体５の側壁１７Ａ，１７Ｂと、セルユニット３との間に隙間が生じる場合がある。

電極体２３は、正極シートと、セパレータと、負極シートとを順次積層することで形成されている。このため、電極体２３の製造過程において、電極体２３の寸法ばらつきが生じやすい。さらに、電極体２３の寸法は、充電状態や温度によって変動する。たとえば、電極体２３の充電量が多くなると、電極体２３は膨らむように変形し、充電量が少なくなると、電極体２３の寸法は小さくなる場合がある。

このため、セルユニット３を収容空間１５内に収容した際に、各電池セル２０の間に隙間が生じたり、電池セル２０および側壁１７Ａ，１７Ｂの間に隙間が生じたりする。

上記のように電池セル２０同士の間や、電池セル２０および側壁１７Ａ，１７Ｂの間に隙間が形成されている場合には、各電池セル２０に加えられる荷重が均等になり難くなる。

電池セル２０に加えられる荷重は、電池セル２０の電池容量に影響を与える。各電池セル２０に加えられる荷重にばらつきが生じると、各電池セル２０の電池容量に影響を与える。その結果、充放電を繰り返した結果、特定の電池セル２０において、リチウム析出などの弊害が生じるおそれがある。

本実施の形態に係る蓄電装置１においては、セルユニット３，４には、セルユニット３，４の状態に応じて、セルユニット３，４にスペーサ２１を適宜配置して、セルユニット３，４の寸法を調整すると共に、電池セル２０同士の間の隙間を埋めている。

これにより、セルユニット３，４内の各電池セル２０に加えられる荷重の均等化が図られている。

図３に示す例においては、スペーサ２１Ａは、電池セル２０Ａと電池セル２０Ｂとの間に一枚で挿入されている。

スペーサ２１Ｂとスペーサ２１Ｃとは、２枚重ねて、電池セル２０Ｃと電池セル２０Ｄの間に挿入されている。スペーサ２１Ｄおよびスペーサ２１Ｅも、２枚重ねて電池セル２０Ｅと電池セル２０Ｆとの間に挿入されている。なお、各スペーサ２１Ａ〜２１Ｆは、各々、同一または実質的に同じ形状である。

図４は、スペーサ２１Ａを示す斜視図である。スペーサ２１Ａは、基板３０Ａと、複数の凸部３１Ａ１〜３１Ａ１８とを含む。

基板３０Ａは、板状に形成されている。基板３０Ａは、主表面３５Ａ，３６Ａと、周面３７Ａとを含む。主表面３５Ａおよび主表面３６Ａは、厚さ方向ＴＨの両端に位置する。周面３７は、主表面３５Ａおよび主表面３６Ａを接続するように形成されている。なお、スペーサ２１Ａは、厚さ方向ＴＨが配列方向Ｄ１に向くように配置されている。

凸部３１Ａ１〜３１Ａ９は、主表面３５Ａに、互いに間隔をあけてアレイ状に配列するように形成されている。各凸部３１Ａ〜３１Ａ９は、主表面３５Ａから突出ように形成されている。

各凸部３１Ａ１〜３１Ａ９は、各凸部３１Ａ〜３１Ａ９の突出方向に位置する端面を含み、各端面は平坦面状に形成されている。

各凸部３１Ａ１〜３１Ａ９の間には、各凸部３１Ａ〜３１Ａ９によって、溝部４０Ａが形成されている。溝部４０Ａは、格子状に形成されている。

高さ方向Ｈにおいて、各凸部３１Ａ１〜３１Ａ９の長さと、溝部４０Ａの長さとは、近似しており、溝部４０Ａの長さの方が僅かに長い。

幅方向Ｗにおいて、各凸部３１Ａ１〜３１Ａ９の長さと、溝部４０Ａの長さとは、近似しており、溝部４０Ａの長さの方が僅かに長い。

図５は、スペーサ２１Ａを示す平面図であり、主表面３５Ａ側を示す平面図である。この図６などに示す例においては、スペーサ２１Ａの主表面３５Ａを平面視すると、凸部３１Ａ１〜凸部３１Ａ９の端面は、正方形形状に形成されており、主表面３５Ａの外周縁も正方形形状に形成されている。なお、各凸部の形状などは、多角形形状、円形形状、楕円形状などのように各種の形状を適宜採用することができる。

図６は、スペーサ２１Ａを示す斜視図であり、主表面３６Ａ側を示す斜視図である。主表面３６Ａには、複数の凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９が形成されている。各凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９も、主表面３６Ａから突出するように形成されている。

各凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９は、互いに間隔をあけてアレイ状に配置されている。各凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９は、各凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９の突出方向に位置する端面を含み、各端面は平坦面状に形成されている。各凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９の間には、凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９によって、溝部４１Ａが形成されている。溝部４１Ａも溝部４０Ａと同様に格子状に形成されている。

各凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９の寸法と、各凸部３１Ａ１〜３１Ａ９の寸法は、一致または実質的に一致している。溝部４０Ａの各寸法と、溝部４１Ａの各寸法も一致または実質的に位置している。

図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。図８は、図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図である。まず、図７において、凸部３１Ａ２と、凸部３１Ａ１２とは、厚さ方向ＴＨにおいて、互いに重なり合うように形成されている。配列している。凸部３１Ａ５と、凸部３１Ａ１５とは、厚さ方向ＴＨに重なり合うように形成されている。凸部３１Ａ８と、凸部３１Ａ１８とも、厚さ方向ＴＨに重なり合うように形成されている。

同様に、凸部３１Ａ１，３１Ａ４，３１Ａ７，３１Ａ３，３１Ａ６，３１Ａ９と凸部３１Ａ１１，３１Ａ１４，３１Ａ１７，３１Ａ１３，３１Ａ１６，３１Ａ１９は、厚さ方向ＴＨに重なり合う。すなわち、各凸部３１Ａ１〜３１Ａ９は、各凸部３１Ａ１１〜３１Ａ１９と、厚さ方向ＴＨに重なり合うように形成されている。このため、溝部４０Ａと溝部４１Ａとは、厚さ方向ＴＨに重なり合うように形成されている。

図７において、厚さ方向ＴＨにおいて、凸部３１Ａ４，３１Ａ５，３１Ａ６の端面から凸部３１Ａ１４，３１Ａ１５，３１Ａ１６の端面までの距離ｔ１は、たとえば、１．５ｍｍである。

厚さ方向ＴＨにおいて、主表面３６Ａ（溝部４１Ａの底部）と、主表面３５Ａ（溝部４０Ａの底部）との間の距離ｔ２は、たとえば、０．５ｍｍである。

本実施の形態においては、スペーサ２１Ａは、電池セル２０Ａと、電池セル２０Ｂとの間に配置されており、電池セル２０Ａと電池セル２０Ｂとは、スペーサ２１Ａによって、１．５ｍｍ程度、離されている。

スペーサ２１Ａの構成について詳細に説明したが、スペーサ２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅもスペーサ２１Ａと同一形状または実質的に同じ形状である。

上記のように形成されたスペーサ２１Ａにおいて、２つのスペーサ２１Ａを準備したとすると、一方の凸部３１Ａ１〜３１Ａ９、凸部３１Ａ１１〜凸部３１Ａ１９は、他方のスペーサ２１Ａの溝部４０Ａ，４１Ａに嵌まり込むことができる。

これにより、複数のスペーサの組み合わせの仕方によって、種々の隙間にもスペーサを挿入することができ、その詳細について、スペーサ２１Ｃ，２１Ｄやスペーサ２１Ｅ，２１Ｆなどを用いて説明する。図９は、スペーサ２１Ｂおよびスペーサ２１Ｃを示す側面図である。スペーサ２１Ｂとスペーサ２１Ｃは、互いに凸部が接触するように配置されている。

この図９においては、スペーサ２１Ｂの凸部３１Ａ１７と、スペーサ２１Ｃの凸部３１Ｃ７とが接触している。同様に、凸部３１Ｂ１８，３１Ｂ１９と、凸部３１Ｃ８，３１Ｃ９とが接触している。なお、図示されていないスペーサ２１Ｂの他の凸部は、スペーサ２１Ｃの凸部と接触している。

このため、スペーサ２１Ｂおよびスペーサ２１Ｃを重ねた状態において、厚さ方向ＴＨにおけるスペーサ２１Ｂおよびスペーサ２１Ｃの合計の厚さｔ３は、３．０ｍｍである。

図１０は、スペーサ２１Ｄおよびスペーサ２１Ｅを示す側面図である。
スペーサ２１Ｄの凸部３１Ｄ１８，３１Ｄ１９は、スペーサ２１Ｅの溝部４０Ｅに嵌まり込んでいる。なお、凸部３１Ｄ１７，３１Ｄ１８に対して幅方向Ｗに隣り合う他の凸部も溝部４０Ｅ内にはまり込んでいる。

スペーサ２１Ｅの凸部３１Ｅ８，３１Ｅ９は、スペーサ２１Ｄの溝部４１Ｄに嵌まり込んでいる。なお、凸部３１Ｅ，３１Ｅ９に対して幅方向Ｗに隣り合う他の凸部も溝部４１Ｄ内にはまり込んでいる。

このため、スペーサ２１Ｄおよびスペーサ２１Ｅを重ねた状態において、厚さ方向ＴＨにおけるスペーサ２１Ｄおよびスペーサ２１Ｅの合計厚さｔ４は、２．５ｍｍである。

図９および図１０に示すように、２つの同じ形状のスペーサであっても、組み合わせ態様によって、組み合わせたスペーサの厚さを調整することができることが分かる。

次に、図１１から図１３を用いて、３枚のスペーサを組み合わせて、各種の厚さにすることができることについて説明する。

図１１は、スペーサ２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈを示す側面図である。この図１１に示す組み合わせ態様においては、スペーサ２１Ｆの凸部３１Ｆ１７，３１Ｆ１８，３１Ｆ１９は、スペーサ２１Ｇの凸部３１Ｇ７，３１Ｇ８，３１Ｇ９と接触している。

スペーサ２１Ｇの凸部３１Ｇ１７，３１Ｇ１８，３１Ｇ１９は、スペーサ２１Ｈの凸部３１Ｇ７，３１Ｇ８，３１Ｇ９と接触している。

このように、各スペーサ２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈを組み合わせたときの幅方向Ｗの厚さｔ５は、４．５ｍｍである。

図１２は、スペーサ２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈの組み合わせ態様の変形例を示す側面図である。この図１２に示す例においては、スペーサ２１Ｆの凸部３１Ｆ１７，３１Ｆ１８は、スペーサ２１Ｇの溝部４０Ｇに嵌め込まれている。

スペーサ２１Ｇの凸部３１Ｇ８，３１Ｇ９は、スペーサ２１Ｆの溝部４１Ｆに嵌め込まれている。

スペーサ２１Ｇの凸部３１Ｇ１８，３１Ｇ１９は、スペーサ２１Ｈの溝部４０Ｈに嵌め込まれている。スペーサ２１Ｈの凸部３１Ｈ７，３１Ｈ８は、溝部４１Ｇに嵌め込まれている。

図１２に示す組み合わせ態様におけるスペーサ２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈの合計厚さｔ６は、３．５ｍｍ程度である。

図１１および図１２に示すように、３枚のスペーサ２１Ｆ、２１Ｇ，２１Ｈにおいても、組み合わせ態様によって、スペーサの合計厚さを調整することができる。

図１３は、比較例に係るスペーサ１００を示す側面図である。このスペーサ１００においては、２枚のスペーサ１００を用いたとしても、スペーサの合計厚さは、１種類の厚さしか形成することができない。同様に、３枚のスペーサ１００を用いたとしても、１種類の厚さしか形成することができない。

その一方で、電池セル２０の間に生じる隙間の寸法と、電池セル２０および側壁１７Ａ，１７Ｂの間に生じる隙間の寸法は、様々である。

そのため、仮に、セルユニット３，４の隙間にスペーサ１００を挿入しようとすると、厚さを異ならせた多種のスペーサ１００を準備する必要が生じる。

その一方で、本実施の形態に係るスペーサ２１Ａによれば、セルユニット３，４の各種の隙間寸法の隙間であっても、スペーサ２１Ａの枚数および組み合わせ態様を異ならせることで、セルユニット３，４の隙間に挿入することができる。このため、厚さの異なる複数種類のスペーサを準備しておく必要性が少なくなり、製造コストの低減を図ることができる。なお、上記の実施の形態においては、凸部と、溝部とが形成された２つスペーサにおいて凸部が溝部に嵌まり込むように各スペーサが形成されている。その一方で、各凸部がはまり込む部分は、溝部のような形状に限られず、たとえば、凹部、へこみ部や窪み部であってもよく、凸部がはまり込む形状としては、各種の形状を採用することができる。すなわち、各スペーサの凸部は、他のスペーサの凸部間に嵌まり込むができるように形成されている。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、今回開示された事項はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的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蓄電装置、２収容ケース、３，４セルユニット、５，２４ケース本体、６，２５蓋、７ボルト、８フランジ、１０底板、１１周壁、１２仕切壁、１３ボス、１５，１６収容空間、１７Ａ，１７Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ側壁、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ電池セル、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈ，１００スペーサ、２２ケース、２３電極体、３０Ａ基板、３１Ａ１〜３１Ａ９，３１Ａ１１〜３１Ａ１９凸部、３５Ａ，３６Ａ主表面、３７，３７Ａ周面、４０Ａ，４１Ａ溝部、Ｄ１，Ｄ２配列方向、Ｈ高さ方向、ＴＨ厚さ方向、Ｗ幅方向、ｔ１，ｔ２距離、ｔ３，ｔ５，ｔ６厚さ。

Claims

一方向に配列する複数の蓄電素子と、
前記蓄電素子同士の間または、前記一方向に配列する前記複数の蓄電素子の端の少なくともいずれかに配置された板状のスペーサと、
を備え、
前記スペーサは、厚さ方向の端部に位置する第１主表面および第２主表面と、前記第１主表面にアレイ状に配列するように形成された複数の第１凸部と、前記第２主表面にアレイ状に配列するように形成された複数の第２凸部とを含み、
前記複数の第１凸部の間には、格子状の第１溝部が形成されており、
前記複数の第２凸部の間には、格子状の第２溝部が形成されており、
前記複数の第１凸部と前記複数の第２凸部とは、前記スペーサの厚さ方向において互いに重なり合うように形成されており、
前記第１溝部と前記第２溝部とは、前記スペーサの厚さ方向において互いに重なり合うように形成されており、
２つの前記スペーサを対向させたとすると、一方のスペーサに形成された前記複数の第１凸部は、他方のスペーサに形成された前記第１溝部または前記第２溝部に嵌まり込めるように形成された、蓄電装置。
前記スペーサを複数備え、
前記複数のスペーサは、第１スペーサ、第２スペーサ、および第３スペーサを含み、
前記第１スペーサ、前記第２スペーサ、および前記第３スペーサは、前記第１スペーサの前記複数の第１凸部が前記第２スペーサの前記第２溝部に嵌まり込み、かつ、前記第２スペーサの前記複数の第２凸部が前記第１スペーサの前記第１溝部に嵌まり込み、かつ、前記第２スペーサの前記複数の第１凸部が前記第３スペーサの前記第２溝部に嵌まり込み、かつ、前記第３スペーサの前記複数の第２凸部が前記第２スペーサの前記第１溝部に嵌まり込んだ状態で配置されている、請求項１に記載の蓄電装置。