JP5867582B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、一方向に並んで配置された複数の蓄電素子に対して拘束力を与える機構を備えた蓄電装置に関する。

複数の単電池を一方向に並べることにより、電池スタックを構成しているものがある。また、拘束機構を用いることにより、複数の単電池に対して拘束力を与えている。拘束力は、複数の単電池の配列方向において、複数の単電池を挟む力である。

具体的には、特許文献１に記載されているように、単電池と隣り合う位置に仕切り板を配置しており、仕切り板に設けられた突起部を単電池と接触させることにより、仕切り板から単電池に拘束力を与えている。ここで、突起部を用いることにより、単電池および仕切り板の間に、単電池の温度調節に用いられる熱交換媒体を移動させるスペースを形成している。

特開２０１０−０９７６９３号公報

単電池に拘束力を与える場合には、拘束力を受ける単電池の面に対して、均等に拘束力を与えることが望ましい。ここで、単電池の内部には、充放電を行う発電要素が収容されており、複数の単電池に対して同時に拘束力を与える構成では、複数の単電池における発電要素に対して均等な拘束力を与える必要がある。具体的には、発電要素のうち、充放電を行う反応領域に対して均等な拘束力を与える必要がある。

単電池には、製造バラツキが発生したり、複数の単電池を並べるときには、単電池の位置がずれたりすることがある。製造バラツキや位置ずれを考慮すると、複数の単電池における発電要素（反応領域）が、単電池の配列方向において互いに重なる領域だけに拘束力を与えることが好ましい。これにより、すべての反応領域に加わる拘束力を均等化することができる。

しかし、反応領域が互いに重なる領域だけに拘束力を与えてしまうと、単電池の一部だけに拘束力が加わることになり、拘束力を受ける単電池の面の全体に対して拘束力を与えることができなくなってしまう。単電池の入出力性能などを維持する上では、単電池の一部ではなく、単電池の全体に拘束力を与えることが好ましい。

本発明である蓄電装置は、所定方向に並んで配置される複数の蓄電素子と、所定方向で隣り合う２つの蓄電素子の間に配置される拘束板とを有する。蓄電素子は、充放電を行う発電要素と、発電要素を収容するケースとを有する。拘束板は、突起部を有しており、突起部は、蓄電素子に対して拘束力を与えるとともに、蓄電素子との間にスペースを形成する。

発電要素は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されるセパレータとを有する。また、発電要素は、充放電に伴う化学反応が行われる反応領域を含んでいる。複数の突起部は、ケースの第１領域と接触する第１突起部と、ケースの第２領域と接触する第２突起部と、を有する。ケースの第１領域は、反応領域と対向しており、ケースの第２領域は、発電要素のうち、反応領域以外の領域と対向している。

本発明によれば、第１突起部を用いることにより、反応領域だけに拘束力を与えることができる。反応領域だけに拘束力を与えることにより、複数の蓄電素子において、反応領域に加わる拘束力を均等化することができる。また、第２突起部を用いることにより、第１領域および第２領域を含むケースの全体に対して拘束力を与えることができ、ケースの一部（第１領域）だけに拘束力が加わるのを抑制することができる。

第１領域としては、複数の蓄電素子における反応領域が所定方向で互いに重なる領域と対向する領域とすることができる。また、第２領域としては、複数の蓄電素子における、すべての反応領域と対向していない領域とすることができる。

正極板は、正極集電板と、正極集電板に形成された正極活物質層とで構成することができ、負極板は、負極集電板と、負極集電板に形成された負極活物質層とで構成することができる。ここで、セパレータは、正極活物質層および負極活物質層の幅よりも広くすることができる。これにより、セパレータが正極活物質層や負極活物質層に対してずれても、正極活物質層および負極活物質層の間に、セパレータを介在させることができる。

第２突起部は、ケースを介して、セパレータの端部に拘束力を与えることができる。セパレータは、充放電に伴う発電要素の発熱などによって、収縮するおそれがある。ここで、第２突起部を用いて、セパレータの端部に拘束力を与えておくことにより、セパレータの収縮を抑制することができる。

複数の第１突起部を拘束板に設ける場合には、少なくとも１つの第１突起部を、第１領域の端に沿って配置することができる。これにより、第１領域を有効活用して、第１突起部を配置することができる。また、複数の第２突起部を拘束板に設ける場合には、少なくとも１つの第２突起部を、第２領域の端に沿って配置することができる。これにより、第２領域を有効活用して、第２突起部を配置することができる。

正極板、負極板およびセパレータを所定軸の周りで巻くことによって、発電要素を構成することができる。第１突起部および第２突起部の少なくとも一方は、第１領域および第２領域を含む平面内において、所定軸が延びる方向と直交する方向に延ばすことができる。第１領域および第２領域を含む平面内において、所定軸が延びる方向におけるケースの長さは、所定軸と直交する方向におけるケースの長さよりも長くすることができる。

蓄電素子に拘束力を与える構造としては、一対のエンドプレートと、連結部材とを用いることができる。一対のエンドプレートは、所定方向において、複数の蓄電素子を挟む位置に配置することができる。また、連結部材は、所定方向に延ばして、一対のエンドプレートに固定することができる。これにより、一対のエンドプレートを互いに近づく方向に変位させることができ、蓄電素子に対して拘束力を与えることができる。

拘束板の突起部によって形成されるスペースは、蓄電素子の温度調節に用いられる熱交換媒体が移動する通路として用いることができる。蓄電素子が発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体を用い、蓄電素子が冷えているときには、加温用の熱交換媒体を用いることができる。これにより、蓄電素子の温度を所定の温度範囲内に維持することができ、蓄電素子の入出力性能が低下してしまうのを抑制することができる。

電池スタックの外観図である。 単電池の外観図である。 単電池の内部構造を示す図である。 発電要素の展開図である。 発電要素の外観図である。 発電要素の反応領域を説明する図である。 拘束板の正面図である。 拘束板の側面図である。 発電要素に対する第１突起部および第２突起部の位置を説明する図である。 第１突起部および第２突起部を配置する領域を説明する図である。 セパレータの収縮を説明する図である。 セパレータの収縮を説明する図である。 第１変形例である拘束板の正面図である。 第２変形例である拘束板の正面図である。 第１突起部および第２突起部の外観図である。 第１変形例において、第１突起部および第２突起部の外観図である。 第２変形例において、第１突起部および第２突起部の外観図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である電池スタック（蓄電装置に相当する）について、図１を用いて説明する。図１は、本実施例である電池スタックの外観図である。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り、本実施例では、鉛直方向に相当する軸をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の関係は、他の図面でも同様である。

図１に示す電池スタック１は、例えば、車両に搭載することができる。車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。このような車両では、電池スタック１から出力された電気エネルギを運動エネルギに変換し、この運動エネルギを用いて車両を走行させることができる。電池スタック１を車両に搭載するとき、電池スタック１をスタックケースに収容することができる。

電池スタック１は、複数の単電池（蓄電素子に相当する）１０を有しており、複数の単電池１０は、Ｘ方向において並んでいる。単電池１０の数は、電池スタック１の要求出力等に基づいて、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。

図２に示すように、単電池１０は、電池ケース１１を有しており、電池ケース１１は、例えば、金属で形成することができる。単電池１０は、いわゆる角型の単電池１０であり、角型の単電池１０では、電池ケース１１が、直方体に沿った形状を有している。本実施例において、Ｙ方向における電池ケース１１の長さは、Ｚ方向における電池ケース１１の長さよりも長くなっている。

このように電池ケース１１を構成することにより、単電池１０の高さ（Ｚ方向の長さ）を抑えつつ、単電池１０（後述する発電要素１５）を大型化することができる。単電池１０の高さを抑えることにより、電池スタック１を車両に搭載しやすくなる。また、後述する蓋１１ｂのサイズを広げやすくなり、蓋１１ｂに部品（後述する弁１２、正極端子１３および負極端子１４）を取り付けやすくなる。

図３に示すように、電池ケース１１は、発電要素１５を収容している。電池ケース１１は、ケース本体１１ａおよび蓋１１ｂを有する。ケース本体１１ａは、発電要素１５を組み込むための開口部を有しており、蓋１１ｂは、ケース本体１１ａの開口部を塞いでいる。これにより、電池ケース１１の内部は、密閉状態となる。蓋１１ｂおよびケース本体１１ａは、例えば、溶接によって固定することができる。

図２に示すように、弁１２は、蓋１１ｂに設けられている。弁１２は、電池ケース１１の内部でガスが発生したときに、電池ケース１１の外部にガスを排出するために用いられる。具体的には、ガスの発生に伴って電池ケース１１の内圧が弁１２の作動圧に到達すると、弁１２は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース１１の外部にガスを排出させる。

正極端子１３および負極端子１４は、蓋１１ｂに固定されている。正極端子１３は、正極タブ１６ａを介して、発電要素１５と接続されており、負極端子１４は、負極タブ１６ｂを介して、発電要素１５と接続されている。正極端子１３は、蓋１１ｂを貫通しており、正極端子１３は、電池ケース１１の外側に突出した部分と、電池ケース１１の内側に突出した部分とを有する。負極端子１４は、蓋１１ｂを貫通しており、負極端子１４は、電池ケース１１の外側に突出した部分と、電池ケース１１の内側に突出した部分とを有する。

図４は、発電要素１５の展開図である。発電要素１５は、正極板１５１と、負極板１５２と、セパレータ１５３とを有する。正極板１５１は、正極集電板１５１ａと、正極集電板１５１ａの表面に形成された正極活物質層１５１ｂとを有する。正極活物質層１５１ｂは、正極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。正極活物質層１５１ｂは、正極集電板１５１ａの一部の領域に形成されており、正極集電板１５１ａの残りの領域は露出している。ダイコーターやグラビアコーターなどの塗工装置を用いることにより、正極集電板１５１ａの表面に正極活物質層１５１ｂを形成することができる。

負極板１５２は、負極集電板１５２ａと、負極集電板１５２ａの表面に形成された負極活物質層１５２ｂとを有する。負極活物質層１５２ｂは、負極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。負極活物質層１５２ｂは、負極集電板１５２ａの一部の領域に形成されており、負極集電板１５２ａの残りの領域は露出している。ダイコーターやグラビアコーターなどの塗工装置を用いることにより、負極集電板１５２ａの表面に負極活物質層１５２ｂを形成することができる。正極活物質層１５１ｂ、負極活物質層１５２ｂおよびセパレータ１５３には、電解液がしみ込んでいる。

図４に示す順番で、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３を積層し、この積層体を図５の矢印Ｒで示す方向に巻くことにより、発電要素１５が構成される。ここで、積層体は、Ｙ方向に延びる軸ＡＸＬの周りにおいて、テンションを与えられながら巻かれる。積層体の巻き終わる部分は、例えば、テープを用いて固定しておくことができる。軸ＡＸＬの周りで巻かれた積層体は、電池ケース１１に収容できるように、電池ケース１１に沿った形状に変形される。

図５において、Ｙ方向における発電要素１５の一端では、正極集電板１５１ａだけが巻かれている。この正極集電板１５１ａには、正極タブ１６ａ（図３参照）が固定される。図３に示すように、正極タブ１６ａの一端は、正極端子１３と接続され、正極タブ１６ａの他端は、発電要素１５（正極集電板１５１ａ）と接続される。ここで、正極端子１３および正極タブ１６ａを一体的に形成することもできる。

図５において、Ｙ方向における発電要素１５の他端では、負極集電板１５２ａだけが巻かれており、負極集電板１５２ａには、負極タブ１６ｂ（図３参照）が固定される。図３に示すように、負極タブ１６ｂの一端は、負極端子１４と接続され、負極タブ１６ｂの他端は、発電要素１５（負極集電板１５２ａ）と接続される。ここで、負極端子１４および負極タブ１６ｂを一体的に形成することもできる。

図３および図５に示す領域（反応領域という）Ａｒは、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂが、セパレータ１５３を介して、互いに向かい合っている領域である。反応領域Ａｒでは、単電池１０（発電要素１５）の充放電を行うときに、化学反応が行われる。例えば、単電池１０としてのリチウムイオン二次電池を充電するときには、正極活物質層１５１ｂからリチウムイオンおよび電子が放出され、負極活物質層１５２ｂがリチウムイオンおよび電子を吸収する。リチウムイオン二次電池を放電するときには、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂにおいて、上述した反応と逆の反応が行われる。

図６は、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３の位置関係を示す図である。反応領域Ａｒは、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂがセパレータ１５３を挟んで互いに重なっている領域である。Ｙ方向における反応領域Ａｒの幅は、Ｗ_Ａである。本実施例では、Ｙ方向の長さ（幅）に関して、正極活物質層１５１ｂが最も短くなっているため、反応領域Ａｒの幅Ｗ_Ａは、正極活物質層１５１ｂの幅に対応している。

図６において、Ｗ_Ｂは、Ｙ方向における負極活物質層１５２ｂの長さ（幅）であり、幅Ｗ_Ｂは、幅Ｗ_Ａよりも広い。Ｗ_Ｃは、Ｙ方向におけるセパレータ１５３の長さ（幅）であり、幅Ｗ_Ｃは、幅Ｗ_Ｂよりも広い。セパレータ１５３の幅Ｗ_Ｃは、正極活物質層１５１ｂの幅Ｗ_Ａや負極活物質層１５２ｂの幅Ｗ_Ｂよりも広いため、Ｙ方向におけるセパレータ１５３の両端部は、正極活物質層１５１ｂや負極活物質層１５２ｂから突出している。

このようにセパレータ１５３の幅Ｗ_Ｃを、正極活物質層１５１ｂの幅Ｗ_Ａや負極活物質層１５２ｂの幅Ｗ_Ｂよりも広くすることにより、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂの間に、セパレータ１５３を必ず介在させることができる。これにより、正極活物質層１５１ｂおよび負極活物質層１５２ｂが直接、接触してしまうのを防止することができる。

本実施例では、反応領域Ａｒが、正極活物質層１５１ｂによって規定されているが、これに限るものではない。すなわち、負極活物質層１５２ｂの幅Ｗ_Ｂが正極活物質層１５１ｂの幅Ｗ_Ａよりも狭いとき、反応領域Ａｒは、負極活物質層１５２ｂによって規定される。すなわち、反応領域Ａｒの幅は、負極活物質層１５２ｂの幅Ｗ_Ｂとなる。

図１に示す電池スタック１において、Ｘ方向に並んで配置された複数の単電池１０は、電気的に直列に接続される。具体的には、単電池１０の正極端子１３と、他の単電池１０の負極端子１４とは、バスバーによって電気的に接続される。なお、バスバーの形状などを工夫することにより、複数の単電池１０を電気的に並列に接続することもできる。

本実施例では、複数の単電池１０を電気的に接続するために、２つのバスバーモジュール２０を用いている。各バスバーモジュール２０は、複数のバスバーと、複数のバスバーを支持する樹脂プレートとを有する。バスバーモジュール２０を用いることにより、複数のバスバーを複数の単電池１０（正極端子１３および負極端子１４）に容易に接続することができる。

Ｘ方向における電池スタック１の両端には、一対のエンドプレート３１が配置されている。すなわち、一対のエンドプレート３１は、Ｘ方向において、複数の単電池１０を挟んでいる。バンド（連結部材に相当する）３２は、Ｘ方向に延びており、バンド３２の両端は、一対のエンドプレート３１に固定される。バンド３２の両端に設けられた固定部３２ａは、エンドプレート３１に固定される。エンドプレート３１および固定部３２ａの固定方法としては、例えば、ボルトを用いた締結がある。

バンド３２は、例えば、金属で形成することができる。本実施例では、電池スタック１の上面に、２つのバンド３２が配置されている。また、図１には示していないが、電池スタック１の下面にも、２つのバンド３２が配置されている。

一対のエンドプレート３１にバンド３２を固定することにより、電池スタック１を構成する複数の単電池１０に対して、拘束力を与えることができる。拘束力は、Ｘ方向において複数の単電池１０を挟む力である。単電池１０に拘束力を与えることにより、例えば、単電池１０の膨張を抑制することができる。単電池１０としてのリチウムイオン二次電池では、充放電によって、発電要素１５が膨張および収縮を繰り返すため、単電池１０に拘束力を与えておくことにより、単電池１０（発電要素１５）の入出力性能が低下してしまうのを抑制することができる。

本実施例では、電池スタック１の上面に２つのバンド３２を配置し、電池スタック１の下面に２つのバンド３２を配置しているが、これに限るものではない。電池スタック１の上面や下面に配置されるバンド３２の数は、適宜設定することができる。すなわち、一対のエンドプレート３１にバンド３２を固定することにより、単電池１０に拘束力を与えることができればよい。また、バンド３２を用いずに、一対のエンドプレート３１を互いに近づく方向に変位させる構造を用いることもできる。この場合であっても、単電池１０に拘束力を与えることができる。

Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０の間には、拘束板４０が配置されている。拘束板４０は、例えば、樹脂といった絶縁材料で形成することができる。絶縁材料で形成された拘束板４０を用いることにより、Ｘ方向で隣り合う２つの単電池１０を絶縁状態とすることができる。

図７は、拘束板４０をＸ方向から見たときの図、言い換えれば、拘束板４０を単電池１０の側から見た図（正面図）である。図８は、図７のＺ１−Ｚ１断面図である。

図７に示すように、拘束板４０は、複数の第１突起部４１と、２つの第２突起部４２とを有する。第１突起部４１および第２突起部４２は、拘束板４０の同一平面（Ｙ−Ｚ平面）に設けられており、Ｘ方向に突出している。第１突起部４１および第２突起部４２が設けられた拘束板４０の平面は、Ｘ方向において、単電池１０と対向している。

第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｚ方向に延びている。言い換えれば、第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｙ−Ｚ平面において、発電要素１５の軸ＡＸＬ（図５参照）が延びる方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｚ方向）に延びている。

複数の第１突起部４１は、Ｙ方向に並んでいる。２つの第２突起部４２は、Ｙ方向において、複数の第１突起部４１を挟む位置に配置されている。言い換えれば、Ｙ方向において、第２突起部４２は、第１突起部４１よりも拘束板４０の外縁側に位置している。第１突起部４１の数は、適宜設定することができる。また、Ｙ方向で隣り合う２つの第１突起部４１の間隔も適宜設定することができる。

図８に示すように、第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｘ方向における拘束板４０の一方の面だけに形成されており、拘束板４０の他方の面は、平坦な面で構成されている。言い換えれば、拘束板４０が２つの単電池１０によって挟まれた構成（図８に示す構成）において、一方の単電池１０と対向する拘束板４０の面だけに、第１突起部４１および第２突起部４２が形成されている。ここで、他方の単電池１０と対向する拘束板４０の面には、第１突起部４１および第２突起部４２が形成されていない。なお、他方の単電池１０と対向する拘束板４０の面に、第１突起部４１や第２突起部４２を形成することもできる。

第１突起部４１および第２突起部４２の先端が、単電池１０（電池ケース１１）と接触することにより、拘束板４０および単電池１０の間には、スペースＳ（図７参照）が形成される。スペースＳは、Ｙ方向で隣り合う２つの第１突起部４１の間に形成される。スペースＳは、単電池１０の温度を調節するための空気（熱交換媒体に相当する）が移動するスペースとなる。ここで、Ｙ方向で隣り合う第１突起部４１および第２突起部４２の間に形成されたスペースにも、単電池１０の温度を調節するための空気を流すことができる。

単電池１０が発熱しているときには、冷却用の空気をスペースＳに導くことにより、単電池１０の温度上昇を抑制することができる。また、単電池１０が過度に冷えているときには、加温用の空気をスペースＳに導くことにより、単電池１０の温度低下を抑制することができる。単電池１０の温度を所望の温度範囲内に維持することにより、単電池１０の入出力特性が劣化するのを抑制することができる。

図７に示すように、第１突起部４１はＺ方向に延びているため、温度調節用の空気は、第１突起部４１に沿ってＺ方向に進む。ここで、Ｚ方向における電池ケース１１の長さは、Ｙ方向における電池ケース１１の長さよりも短い。このため、Ｙ方向に沿って温度調節用の空気を流すよりは、Ｚ方向に沿って温度調節用の空気を流すほうが好ましい。

空気の流路が長くなると、下流では、上流での熱交換の影響を受けやすくなってしまい、空気の移動方向において、温度バラツキが発生してしまうおそれがある。具体的には、Ｙ方向に空気を流すときには、単電池１０のうち、Ｙ方向における位置に応じて、温度のバラツキが発生してしまうおそれがある。このため、空気の流路を短くすることにより、単電池１０の温度調節を効率良く行わせ、空気の移動方向における温度バラツキを抑制することができる。

電池スタック１の上面から温度調節用の空気を供給するときには、この空気は、拘束板４０の上部から下部に向かって進む。空気がスペースＳを移動しているとき、空気および単電池１０の間で熱交換が行われ、単電池１０の温度を調節することができる。温度調節後の空気は、電池スタック１の下面から排出される。一方、電池スタック１の下面から温度調節用の空気を供給するときには、この空気は、拘束板４０の下部から上部に向かって進む。温度調節後の空気は、電池スタック１の上面から排出される。

本実施例では、単電池１０の温度を調節するために、空気を用いているが、これに限るものではない。すなわち、空気以外の気体を用いたり、液体を用いたりすることができる。液体を用いる場合には、絶縁性の液体を用いることが好ましい。また、液体を用いるときには、液体の移動通路を密閉状態とする必要がある。

次に、第１突起部４１および第２突起部４２を設ける位置について説明する。図９は、発電要素１５に対する第１突起部４１および第２突起部４２の位置を説明する図である。図９に示すように、発電要素１５の外面は、セパレータ１５３で覆われており、Ｙ方向における発電要素１５の両端には、正極集電板１５１ａおよび負極集電板１５２ａがそれぞれ露出している。電池ケース１１を省略したとき、第１突起部４１および第２突起部４２は、発電要素１５に対して、図９に示す位置に配置される。

複数の第１突起部４１は、第１領域Ａ１に配置されており、発電要素１５の反応領域Ａｒに拘束力を与えるために用いられる。図９に示す構成において、２つの第１突起部４１は、第１領域Ａ１の端に沿って配置されている。第１突起部４１の先端は、電池ケース１１のうち、第１領域Ａ１に対応した領域に接触することになる。

一方、第２突起部４２は、第２領域Ａ２に配置されている。図９に示す構成において、第２突起部４２は、第２領域Ａ２の端に沿って配置されているとともに、セパレータ１５３の端部に沿って配置されている。第２突起部４２の先端は、電池ケース１１のうち、第２領域Ａ２に対応した領域に接触することになる。ここで、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２に対応した電池ケース１１の領域は、同一平面（Ｙ−Ｚ平面）に位置している。

本実施例では、複数の単電池１０がＸ方向に並んで配置されるため、電池スタック１を製造するときに、単電池１０の位置がばらつくことがある。具体的には、単電池１０がＹ方向にずれることがある。単電池１０の位置がばらつくと、図１０に示すように、発電要素１５の反応領域Ａｒの位置もばらつくことになる。

本実施例では、反応領域Ａｒの位置のバラツキを考慮して、第１領域Ａ１を設定している。すなわち、図１０に示すように、すべての反応領域Ａｒが互いに重なる領域を、第１領域Ａ１としている。第１領域Ａ１は、電池スタック１をＸ方向からみたときに、すべての反応領域Ａｒが互いに重なる領域である。図１０に示す第１領域Ａ１の幅は、Ｙ方向の長さに相当する。

予め実験などを行うことにより、反応領域Ａｒの位置ずれが発生したときの最大のずれ量Ｄｍａｘを特定すれば、第１領域Ａ１を決定することができる。反応領域Ａｒの位置ずれとしては、Ｙ方向（図１０の左右方向）における反応領域Ａｒのずれを考慮することができる。ずれ量Ｄｍａｘは、図１０の最も左側にずれた反応領域Ａｒ（２列目）と、図１０の最も右側にずれた反応領域Ａｒ（３列目）とに基づいて決定することができる。

図１０に示す説明では、単電池１０の位置ずれに伴う反応領域Ａｒの位置ずれを考慮しているが、これに限るものではない。すなわち、反応領域Ａｒの位置ずれは、他の要因によっても発生することがある。

正極集電板１５１ａの表面に正極活物質層１５１ｂを形成するときには、塗工装置の特性などに応じて、正極集電板１５１ａに対する正極活物質層１５１ｂの位置がずれることがある。本実施例では、反応領域Ａｒが正極活物質層１５１ｂによって規定されているため、正極集電板１５１ａに対する正極活物質層１５１ｂの位置がずれることにより、反応領域Ａｒもずれることになる。なお、負極集電板１５２ａの表面に負極活物質層１５２ｂを形成するときにも、塗工装置の特性などに応じて、負極集電板１５２ａに対する負極活物質層１５２ｂの位置がずれることがある。

また、上述したように、発電要素１５は、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３を積層して、この積層体を巻くことによって構成されている。このため、正極板１５１を積層するときや、正極板１５１を巻くときに、正極板１５１（正極活物質層１５１ｂ）がずれることがある。正極活物質層１５１ｂがずれれば、反応領域Ａｒもずれてしまう。なお、負極板１５２を積層するときや、負極板１５２を巻くときに、負極板１５２（負極活物質層１５２ｂ）がずれることもある。

単電池１０の製造時において、正極活物質層１５１ｂ（反応領域Ａｒ）のずれが発生すると、電池スタック１を組み立てるときに、複数の単電池１０をずれることなく配置しても、反応領域Ａｒは、ずれてしまうことになる。上述した反応領域Ａｒのずれは、電池スタック１を組み立てるときや、単電池１０を製造するときに発生するが、この反応領域Ａｒのずれを全く無くすことは困難である。そこで、電池スタック１で使用される単電池１０としては、反応領域Ａｒのずれが許容範囲内にあるものだけが用いられる。

本実施例では、第１領域Ａ１に第１突起部４１を配置することにより、すべての単電池１０（発電要素１５）における反応領域Ａｒに対して、均等な拘束力を与えることができる。図１０に示すように、第１領域Ａ１は、すべての反応領域Ａｒと重なっているため、第１領域Ａ１に第１突起部４１を配置することにより、第１突起部４１から反応領域Ａｒに伝えられる拘束荷重を均等化することができる。これにより、すべての単電池１０において、拘束条件を等しくすることができ、入出力性能を揃えることができる。

第１領域Ａ１よりも広い領域に第１突起部４１を配置すると、反応領域Ａｒに与えられる拘束力にバラツキが発生してしまうことがある。すなわち、第１領域Ａ１から外れた領域に第１突起部４１を配置すると、この第１突起部４１からの拘束力を受ける反応領域Ａｒと、拘束力を受けない反応領域Ａｒとが発生してしまう。例えば、図１０において、第１領域Ａ１から外れた領域に第１突起部４１を配置すると、この第１突起部４１からの拘束力は、２列目および３列目の反応領域Ａｒのいずれか一方だけに与えられてしまう。

第１領域Ａ１に第１突起部４１だけを配置すると、単電池１０（電池ケース１１）の一部だけに拘束力が加わってしまう。電池ケース１１の第１領域Ａ１だけに拘束力が加わると、電池ケース１１のうち、第１領域Ａ１を除いた領域が変形しやすくなってしまう。すなわち、拘束力を受ける電池ケース１１の面は、第１領域Ａ１だけでなく、他の領域も存在するため、第１領域Ａ１だけに拘束力が加わると、他の領域が変形してしまう。電池ケース１１が変形してしまうと、電池ケース１１を変形させる分だけ、第１突起部４１から発電要素１５に伝えられる拘束荷重が低下してしまう。

そこで、本実施例では、図９に示すように、第２領域Ａ２に第２突起部４２を設けている。ここで、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の間に位置する領域には、第１突起部４１や第２突起部４２は、設けられていない。第２領域Ａ２は、反応領域Ａｒのずれを考慮したうえで、反応領域Ａｒと重ならない領域としている。具体的には、図１０に示すように、第２領域Ａ２は、最もずれが大きい反応領域Ａｒ（２列目および３列目）よりも外側に位置している。

第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置することにより、電池ケース１１の第２領域Ａ２にも拘束力を与えることができる。これにより、拘束力を受ける電池ケース１１の面の全体に対して、拘束力を与えることができ、電池ケース１１の全体に対して均等な拘束力を与えることができる。したがって、電池ケース１１の一部が変形することもなくなり、電池ケース１１の変形によって拘束荷重が低下してしまうのを抑制することができる。

ここで、第２領域Ａ２は、反応領域Ａｒから外れた位置にあるため、第２領域Ａ２に第２突起部４２を設けても、第２突起部４２からの拘束力が反応領域Ａｒに加わるのを抑制することができる。すなわち、第１突起部４１からの拘束力だけが反応領域Ａｒに加わることになり、すべての反応領域Ａｒに作用する拘束力は、均等のままである。

一方、第１領域Ａ１だけに第１突起部４１を配置すると、セパレータ１５３の端部に拘束力が加わりにくくなる。すなわち、図９において、第２突起部４２と重なるセパレータ１５３の端部に拘束力が加わりにくくなる。

単電池１０（発電要素１５）は、充放電によって発熱するため、この熱によって、セパレータ１５３が収縮してしまうことがある。セパレータ１５３の端部に拘束力が加わっていないと、図１１および図１２に示すように、セパレータ１５３の収縮によって、セパレータ１５３の端部が変位してしまう。具体的には、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂが内側に向かって変位してしまう。ここで、セパレータ１５３は、テンションが与えられた状態で巻かれているため、図１２の矢印Ｄ１に示す方向に変形しやすいが、矢印Ｄ２に示す方向には変形しにくい。

セパレータ１５３の端部１５３ａが図１１および図１２に示すように変形すると、正極板１５１の端部１５１ｃ（図１１参照）がセパレータ１５３を介さずに、負極板１５２と向かい合ってしまうおそれがある。また、セパレータ１５３の端部１５３ｂが図１１および図１２に示すように変形すると、負極板１５２の端部１５２ｃ（図１１参照）がセパレータ１５３を介さずに、正極板１５１と向かい合ってしまうおそれがある。

セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂは、図６に示すように、反応領域Ａｒから外れた位置にあるため、反応領域Ａｒから外れた第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置することにより、第２突起部４２を用いて、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂに拘束力を与えることができる。そして、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂに拘束力を与えることにより、端部１５３ａ，１５３ｂが図１１および図１２に示すように変形してしまうのを抑制することができる。

ここで、第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置しておけば、電池ケース１１を介して、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂに拘束力を与えることができる。したがって、第２突起部４２は、図９に示すように、セパレータ１５３の端部（１５３ａ，１５３ｂ）と重なっていなくてもよい。

本実施例では、第２突起部４２がＺ方向に延びているが、これに限るものではない。すなわち、第２突起部４２は、第２領域Ａ２に配置されていればよい。例えば、Ｚ方向における第２突起部４２の長さを、図７に示す第２突起部４２の長さよりも短くすることができる。ここで、図１２に示すように、セパレータ１５３の端部１５３ａ，１５３ｂでは、Ｚ方向における中央部が最も変形しやすくなる。

したがって、端部１５３ａ，１５３ｂが変形しやすい位置だけに、第２突起部４２を設けることができる。この場合には、Ｚ方向における第２突起部４２の長さを、図７に示す第２突起部４２の長さよりも短くすることができる。

本実施例では、第１領域Ａ１の全体に、第１突起部４１を配置しているが、これに限るものではない。第１突起部４１は、第１領域Ａ１に配置されていればよく、第１領域Ａ１内における第１突起部４１の位置は、適宜設定することができる。例えば、Ｙ方向における第１領域Ａ１の端部だけに、第１突起部４１を配置することができる。

また、本実施例では、図９および図１０に示す２つの第２領域Ａ２のそれぞれに、第２突起部４２を配置しているが、これに限るものではない。具体的には、２つの第２領域Ａ２の一方だけに、第２突起部４２を配置することもできる。この場合であっても、第２突起部４２によってセパレータ１５３の端部に拘束力を与えることができ、セパレータ１５３の端部が変形するのを抑制することができる。

本実施例では、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３の積層体を巻くことにより、発電要素１５を構成しているが、これに限るものではない。具体的には、正極板１５１、負極板１５２およびセパレータ１５３を積層しただけで、発電要素１５を構成することもできる。このような発電要素１５であっても、本実施例と同様に、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２を規定することができる。そして、第１領域Ａ１に第１突起部４１を配置し、第２領域Ａ２に第２突起部４２を配置することができる。

本実施例では、図７に示すように、第１突起部４１および第２突起部４２がＺ方向に延びているが、第１突起部４１および第２突起部４２の形状は、これに限るものではない。すなわち、第１領域Ａ１に第１突起部４１が配置され、第２領域Ａ２に第２突起部４２が配置されていればよい。

例えば、図１３や図１４に示すように、第１突起部４１および第２突起部４２を設けることができる。図１３に示す構成において、第１領域Ａ１には、複数の第１突起部４１が、Ｚ方向およびＹ方向に並んで配置されている。また、第２領域Ａ２には、複数の第２突起部４２がＺ方向に並んで配置されている。ここで、Ｚ方向に並んで配置される第１突起部４１や第２突起部４２の数は、適宜設定することができる。同様に、Ｙ方向に並んで配置される第１突起部４１の数も適宜設定することができる。

図１４に示す構成において、第１領域Ａ１には、複数の第１突起部４１がＹ方向に並んで配置されている。また、上段側に位置する複数の第１突起部４１の列と、下段側に位置する複数の第１突起部４１の列とが、Ｙ方向にずれている。一方、第２領域Ａ２には、２つの第２突起部４１がＺ方向に並んで配置されており、Ｚ方向に並んだ２つの第２突起部４１を含む列（２つの列）が、Ｚ方向にずれている。

図１３および図１４に示す構成において、第１突起部４１や第２突起部４２は、図１５Ａ〜図１５Ｃに示す形状に形成することができる。図１５Ａ〜図１５Ｃは、１つの第１突起部４１（又は第２突起部４２）の外形を示している。図１５Ａでは、第１突起部４１（又は第２突起部４２）が直方体に沿って形成されている。図１５Ｂでは、第１突起部４１（又は第２突起部４２）が円柱に沿って形成されている。図１５Ｃでは、第１突起部４１（又は第２突起部４２）が円錐台に沿って形成されている。

ここで、Ｙ方向に延びる突起部を拘束板４０に設ける場合には、上述した反応領域Ａｒのずれを考慮する必要がなくなる。図１０に示すように、反応領域ＡｒがＹ方向にずれたとしても、Ｙ方向に延びる突起部を用いることにより、すべての反応領域Ａｒに対して均等な拘束力を与えることができる。Ｙ方向に延びる突起部は、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２の両方に位置することになる。本発明では、第１領域Ａ１および第２領域Ａ２のそれぞれに対して、突起部（第１突起部４１および第２突起部４２）を設ける場合において、好適に使用される。

なお、第１突起部４１および第２突起部４２の形状は、図１５Ａ〜図１５Ｃに示す形状に限るものではない。すなわち、第１突起部４１および第２突起部４２は、Ｘ方向に突出していればよい。

Claims (10)

1. 充放電を行う発電要素と、前記発電要素を収容するケースとをそれぞれ有し、所定方向に並んで配置される複数の蓄電素子と、
   前記蓄電素子に対して拘束力を与えるとともに、前記蓄電素子との間にスペースを形成する複数の突起部を有し、前記所定方向で隣り合う２つの前記蓄電素子の間に配置される拘束板と、を備え、
   前記発電要素は、正極板と、負極板と、前記正極板および前記負極板の間に配置されるセパレータとを有するとともに、充放電に伴う化学反応が行われる反応領域を含んでおり、
   前記複数の蓄電素子を前記所定方向に並べたとき、前記ケースは、前記蓄電素子間の各反応領域の全てが前記所定方向において互いに重なる第１領域と、前記第１領域よりも外側に位置し、前記蓄電素子間の各反応領域の全てが前記所定方向において互いに重ならない領域であって反応領域以外の前記発電要素が位置する第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に位置し、前記蓄電素子間の少なくとも１つの反応領域のうち前記第１領域よりも外側にずれた反応領域が位置して他の前記蓄電素子の反応領域との間で互いに重ならない領域が形成される第３領域と、に区画され、
   前記複数の突起部は、
   前記ケースの前記第１領域と接触する第１突起部と、
   前記第３領域を挟んで前記ケースの前記第２領域と接触する第２突起部と、を有し、
   前記拘束板は、前記所定方向における前記第１突起部及び前記第２突起部が前記ケースと接触する面において前記第３領域と接触していない、
   ことを特徴とする蓄電装置。
2. 前記正極板は、正極集電板と、前記正極集電板に形成された正極活物質層と、を有し、
   前記負極板は、負極集電板と、前記負極集電板に形成された負極活物質層と、を有し、
   前記セパレータは、前記正極活物質層および前記負極活物質層の幅よりも広いことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記第２突起部は、前記ケースを介して、前記第２領域に位置する前記セパレータの端部に拘束力を与えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記第１突起部を複数有しており、
   前記複数の第１突起部のうち、少なくとも１つの前記第１突起部は、前記第１領域の端に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置。
5. 前記第２突起部を複数有しており、
   前記複数の第２突起部のうち、少なくとも１つの前記第２突起部は、前記第２領域の端に沿って配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の蓄電装置。
6. 前記発電要素は、前記正極板、前記負極板および前記セパレータが所定軸の周りで巻かれることによって構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の蓄電装置。
7. 前記第１突起部および前記第２突起部の少なくとも一方は、前記第１領域および前記第２領域を含む平面内において、前記所定軸が延びる方向と直交する方向に延びていることを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置。
8. 前記第１領域および前記第２領域を含む平面内において、前記所定軸が延びる方向における前記ケースの長さは、前記所定軸と直交する方向における前記ケースの長さよりも長いことを特徴とする請求項６又は７に記載の蓄電装置。
9. 前記所定方向において、前記複数の蓄電素子を挟む位置に配置された一対のエンドプレートと、
   前記所定方向に延びて、前記一対のエンドプレートに固定される連結部材と、
   を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の蓄電装置。
10. 前記スペースは、前記蓄電素子の温度調節に用いられる熱交換媒体が移動する通路であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の蓄電装置。
    

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