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JP7380631B2 - 組電池 - Google Patents

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Description

本開示は、蓄電装置に関する。
従来、複数の蓄電セルを備える蓄電装置が知られている。例えば、特開２００５－１９０８８５号公報には、複数のリチウムイオン電池を有するラミネート電池モジュールが開示されている。各リチウムイオン電池の一対の端子は、発電要素から一方向に延びた延出部分と、延出部分から横向きにはみ出したはみ出し部分と、を有している。両端子のはみ出し部分が逆向きに折り曲げられ、正極端子の折り曲げ部分が隣のリチウムイオン電池の負極端子の折り曲げ部分と接続されており、負極端子の折り曲げ部分が逆の隣のリチウムイオン電池の正極端子の折り曲げ部分と接続されている。
特開２００５－１９０８８５号公報
特開２００５－１９０８８５号公報に記載されるラミネート電池モジュールでは、要求される出力の変化等に応じて各蓄電セルの厚さ（電極体の積層数）が変化すると、端子（集電板）の形状も変化する。このため、蓄電セルの厚みに応じて異なる形状を有する集電板を準備することが必要となる。このことは、コストの増大につながる。
本開示の目的は、集電板の形状を共通化させつつ各蓄電セルの厚み変更に対応可能な蓄電装置を提供することである。
本開示の一局面に従った蓄電装置は、一方向に積層された複数の蓄電セルと、前記複数の蓄電セルの各蓄電セル同士を電気的に接続するバスバーと、を備え、前記各蓄電セルは、前記一方向に積層された複数の正極シートと、前記一方向に積層された複数の負極シートと、前記複数の正極シートに接続された正極集電板と、前記複数の負極シートに接続された負極集電板と、前記複数の正極シート、前記複数の負極シート、前記正極集電板の一部及び前記負極集電板の一部を被覆するラミネートフィルムと、を有し、前記正極集電板は、前記一方向と直交する直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する正極突出部を有し、前記負極集電板は、前記直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する負極突出部を有し、前記複数の蓄電セルは、前記複数の蓄電セルの一の蓄電セルにおける前記正極突出部と前記複数の蓄電セルのうち前記一の蓄電セルに隣接する蓄電セルにおける前記負極突出部とが前記一方向に互いに対向するように積層されており、前記バスバーは、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを接続している。
本開示によれば、集電板の形状を共通化させつつ各蓄電セルの厚み変更に対応可能な蓄電装置を提供することができる。
本開示の第１実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す斜視図である。 図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。 蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視図である。 本開示の第２実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。 第２実施形態の蓄電装置における蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視図である。 本開示の第３実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。
本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線での断面図である。この組電池１は、例えば、電気自動車等の電動車に搭載される。
図１及び図２に示されるように、組電池１は、蓄電装置１０と、冷却装置２０と、を備えている。冷却装置２０は、蓄電装置１０を冷却する装置である。冷却装置２０は、蓄電装置１０の側部に接するように配置されている。図１に示されるように、冷却装置２０は、その内部を冷却媒体（水等）Ｃが流れるように構成されている。なお、図１では、冷却装置２０の一部が破断された状態が示されている。
図１に示されるように、蓄電装置１０は、一対の外部端子１１，１２を有している。一方の外部端子１１は、正極端子であり、他方の外部端子１２は、負極端子である。図２に示されるように、蓄電装置１０は、蓄電モジュール１００と、ケース２００と、絶縁シート３００と、充填部４００と、を備えている。
図３は、蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視である。図２及び図３に示されるように、蓄電モジュール１００は、少なくとも一つの蓄電セル１０１と、複数のバスバー１０２と、を含んでいる。
本実施形態では、蓄電モジュール１００は、複数の蓄電セル１０１を有している。複数の蓄電セル１０１は、一方向（図１における上下方向）に積層されている。なお、図２及び図３には、３つの蓄電セル１０１が示されているが、蓄電セル１０１の数は、特に限定されない。蓄電セル１０１として、例えば、リチウムイオン電池が挙げられる。
蓄電セル１０１は、いわゆるラミネート型セルである。すなわち、蓄電セル１０１は、複数の電極体１１０と、集電板１２０と、ラミネートフィルム１３０と、接着部材１４０と、電解液（図示略）と、を有している。なお、蓄電セル１０１は、セパレータと電解液の代わりに、固定電解質を有する全固体電池で構成されてもよい。
複数の電極体１１０は、一方向に積層されている。図２に示されるように、複数の電極体１１０は、正極シート１１１と、負極シート１１２と、正極シート１１１及び負極シート１１２間に配置されたセパレータ１１３と、を有している。正極シート１１１及び負極シート１１２の端部は、集電板１２０に電気的に接続されている。
集電板１２０は、各正極シート１１１が接続された正極集電板１２０ｐと、各負極シート１１２が接続された負極集電板１２０ｎと、を有している。
正極集電板１２０ｐは、正極シート１１１及び負極シート１１２の積層方向（前記一方向）と直交する直交方向における各シート１１１，１１２の一方側に配置されている。本実施形態では、正極集電板１２０ｐは、平板状に形成されている。正極集電板１２０ｐは、例えば、アルミニウムからなる。正極集電板１２０ｐは、直交方向における一方側に向かってラミネートフィルム１３０から突出する形状を有する正極突出部１２１を有している。
負極集電板１２０ｎは、直交方向における各シート１１１，１１２の他方側に配置されている。本実施形態では、負極集電板１２０ｎは、平板状に形成されている。負極集電板１２０ｎは、例えば、銅からなる。負極集電板１２０ｎは、直交方向における他方側に向かってラミネートフィルム１３０から突出する形状を有する負極突出部１２２を有している。なお、負極集電板１２０ｎは、正極集電板１２０ｐが配置された側と同じ側に配置されてもよい。この場合、負極集電板１２０ｎは、一方向及び直交方向の双方に直交する方向に正極集電板１２０ｐと隣接する位置に配置される。
図２に示されるように、複数の蓄電セル１０１は、一の蓄電セル１０１における正極突出部１２１と前記一の蓄電セル１０１に隣接する蓄電セル１０１における負極突出部１２２とが前記一方向に互いに対向するように積層されている。
図３に示されるように、一方向における一方側の端部に配置された蓄電セル１０１の正極突出部１２１には、外部端子１１を有するバスバー１３が接続されており、一方向における他方側の端部に配置された蓄電セル１０１の負極突出部１２２には、外部端子１２を有するバスバー１４が接続されている。
ラミネートフィルム１３０は、複数の電極体１１０及び集電板１２０の一部を被覆している。より詳細には、ラミネートフィルム１３０は、複数の正極シート１１１、複数の負極シート１１２、複数のセパレータ１１３、正極集電板１２０ｐの一部及び負極集電板１２０ｎの一部を被覆している。ラミネートフィルム１３０内には、電解液（図示略）が充填されている。
接着部材１４０は、ラミネートフィルム１３０を各集電板１２０ｐ，１２０ｎに接着する部材である。接着部材１４０は、絶縁性を有する材料（樹脂等）からなる。接着部材１４０は、ラミネートフィルム１３０から突出する形状を有している。つまり、接着部材１４０は、正極突出部１２１の一部及び負極突出部１２２の一部を被覆している。
バスバー１０２は、複数の蓄電セル１０１が電気的に直列に接続されるように互いに対向する正極突出部１２１と負極突出部１２２とを接続している。バスバー１０２は、正極接触部１０２ａと、負極接触部１０２ｂと、連結部１０２ｃと、を有している。
正極接触部１０２ａは、平板状に形成されている。正極接触部１０２ａは、正極突出部１２１に面接触している。正極接触部１０２ａは、正極突出部１２１に溶接されている。
負極接触部１０２ｂは、平板状に形成されている。負極接触部１０２ｂは、負極突出部１２２に面接触している。負極接触部１０２ｂは、負極突出部１２２に溶接されている。
連結部１０２ｃは、正極突出部１２１と負極突出部１２２とを連結している。連結部１０２ｃは、一方向（正極突出部１２１と負極突出部１２２とが互いに対向する方向）に延びる形状を有している。本実施形態では、連結部１０２ｃは、前記直交方向における正極突出部１２１の内側の端部と前記直交方向における負極突出部１２２の内側の端部とを連結している。すなわち、バスバー１０２は、直交方向における外向きに開口する形状を有している。このため、直交方向における蓄電モジュール１００の外側から正極接触部１０２ａを正極突出部１２１に溶接すること及び負極接触部１０２ｂを負極突出部１２２に溶接することが容易になる。
ケース２００は、蓄電モジュール１００を収容している。ケース２００は、金属（アルミニウム等）からなる。図１に示されるように、ケース２００は、ケース本体２１０と、閉塞板２２０と、を有している。
ケース本体２１０は、少なくとも一方向に開口している。本実施形態では、ケース本体２１０は、各蓄電セル１０１の積層方向と直交する方向に延びる中心軸を有する四角筒状に形成されている。ケース本体２１０には、注入口ｈ（図２を参照）が設けられている。
閉塞板２２０は、ケース本体２１０の開口を塞ぐようにケース本体２１０に溶接されている。閉塞板２２０は、平板状に形成されている。
冷却装置２０は、ケース本体２１０の外側面に接するように設けられている。換言すれば、冷却装置２０は、各蓄電セル１０１の積層方向と直交する方向にケース２００に接するように設けられている。
絶縁シート３００は、ケース本体２１０の内面及び閉塞板２２０の内面を被覆している。図２に示されるように、絶縁シート３００は、ケース本体２１０の上面及び下面を被覆していてもよい。
充填部４００は、絶縁性を有する材料からなる。充填部４００は、熱伝導性を有する材料からなることが好ましい。充填部４００は、ケース２００の注入口ｈを通じてケース２００内に前記材料（本実施形態ではポッティング材）を注入することにより形成される。
図２に示されるように、充填部４００は、正極突出部１２１の先端及び負極突出部１２２の先端を被覆している。充填部４００は、接着部材１４０とともに、各突出部１２１，１２２の全域を被覆している。なお、充填部４００は、接着部材１４０及びラミネートフィルム１３０の端部を被覆していてもよい。
充填部４００は、バスバー１０２，１３，１４の全域を被覆していることが好ましい。充填部４００は、ケース本体２１０の内面に設けられた絶縁シート３００と、閉塞板２２０の内面に設けられた絶縁シート３００と、に接していることが好ましい。このようにすれば、ケース２００に対する蓄電モジュール１００の相対変位が抑制される。
図２に示されるように、蓄電装置１０は、制限ユニット５００をさらに備えていてもよい。制限ユニット５００は、蓄電モジュール１００とケース本体２１０との間に配置されている。なお、制限ユニット５００は、互いに隣接する一対の蓄電セル１０１間に配置されてもよい。
制限ユニット５００は、各蓄電セル１０１の積層方向におけるケース２００に対する蓄電モジュール１００の相対変位を制限する。制限ユニット５００は、例えば、ダイラタンシー性を有する材料からなる。すなわち、各蓄電セル１０１の膨張時等、ケース２００に対して各蓄電セル１０１が小さな速度で前記積層方向に相対変位するときには、制限ユニット５００は、弾性変形することによって各蓄電セル１０１の膨張を吸収する。一方、蓄電装置１０の振動時等、ケース２００に対して各蓄電セル１０１が比較的大きな速度で前記積層方向に相対変位するときには、制限ユニット５００は、相対的に大きな弾性率を示すことによってケース２００に対する各蓄電セル１０１の相対変位を規制する。これにより、蓄電装置１０の振動時における蓄電モジュール１００の共振が抑制される。
以上のように、本実施形態の蓄電装置１０では、バスバー１０２が一方向に延びる形状を有するため、一方向におけるバスバー１０２の長さを調整することにより、各蓄電セル１０１の積層方向における厚さが変化することによる正極突出部１２１及び負極突出部１２２間の長さの変化に対応することが可能となる。よって、正極集電板１２０ｐ及び負極集電板１２０ｎの形状を共通化させつつ各蓄電セル１０１の厚み変更に対応可能となる。
また、本実施形態では、前記積層方向と直交する方向におけるケース２００の側部から、熱伝導性を有する材料からなる充填部４００を介して冷却装置２０によって集電板１２０及びバスバー１０２が冷却される。集電板１２０及びバスバー１０２は金属からなるため、蓄電モジュール１００が有効に冷却される。
（第２実施形態）
次に、図４及び図５を参照しながら、本開示の第２実施形態の蓄電装置１０について説明する。図４は、本開示の第２実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。図５は、第２実施形態の蓄電装置における蓄電モジュールの構成を概略的に示す分解斜視図である。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
本実施形態では、連結部１０２ｃは、前記直交方向における正極突出部１２１の外側の端部と前記直交方向における負極突出部１２２の外側の端部とを連結している。すなわち、バスバー１０２は、直交方向における内向きに開口する形状を有している。本実施形態では、正極接触部１０２ａは、正極突出部１２１のいずれの表面に溶接されてもよく、負極接触部１０２ｂは、負極突出部１２２のいずれの表面に溶接されてもよい。
図５に示されるように、バスバー１０２の連結部１０２ｃには、貫通孔１０２ｈが設けられている。この貫通孔１０２ｈを通じて、直交方向における蓄電モジュール１００の外側から正極接触部１０２ａを正極突出部１２１に溶接すること及び負極接触部１０２ｂを負極突出部１２２に溶接することが可能になる。
この態様では、直交方向における連結部１０２ｃの位置が第１実施形態のそれよりも直交方向における外側となるため、連結部１０２ｃに接する充填部４００の形成に必要な前記材料（ポッティング材）の量が少なくなる。充填部４００が連結部１０２ｃに接することにより、充填部４００とバスバー１０２との接触面積が大きくなるため、各蓄電セル１０１の冷却効率が高まる。
（第３実施形態）
次に、図６を参照しながら、本開示の第３実施形態の蓄電装置１０について説明する。図６は、本開示の第３実施形態の蓄電装置を含む組電池の構成を概略的に示す断面図である。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
本実施形態では、正極突出部１２１は、正極張出部１２１ａと、正極屈曲部１２１ｂと、を有しており、負極突出部１２２は、負極張出部１２２ａと、負極屈曲部１２２ｂと、を有している。
正極張出部１２１ａは、前記直交方向における一方側に向かって張り出す形状を有している。正極張出部１２１ａは、平板状に形成されている。
正極屈曲部１２１ｂは、前記直交方向における正極張出部１２１ａの外側の端部から前記一方向における一方側に向かって延びる形状を有している。正極屈曲部１２１ｂは、平板状に形成されている。正極屈曲部１２１ｂは、正極張出部１２１ａと直交している。
負極張出部１２２ａは、前記直交方向における他方側に向かって張り出す形状を有している。負極張出部１２２ａは、平板状に形成されている。
負極屈曲部１２２ｂは、前記直交方向における負極張出部１２２ａの外側の端部から前記一方向における他方側に向かって延びる形状を有している。すなわち、負極屈曲部１２２ｂは、正極張出部１２１ａから正極屈曲部１２１ｂが延びる向きとは反対向きに負極張出部１２２ａから延びている。このため、一の蓄電セル１０１における負極屈曲部１２２ｂは、前記一の蓄電セル１０１に隣接する蓄電セル１０１おける正極屈曲部１２１ｂと一方向に対向している。負極屈曲部１２２ｂは、平板状に形成されている。負極屈曲部１２２ｂは、負極張出部１２２ａと直交している。
バスバー１０２は、平板状に形成されている。バスバー１０２は、正極屈曲部１２１ｂ及び負極屈曲部１２２ｂの双方に面接触した状態で正極屈曲部１２１ｂと負極屈曲部１２２ｂとを接続している。バスバー１０２は、直交方向における各屈曲部１２１ｂ，１２２ｂの内側面に接している。バスバー１０２は、正極屈曲部１２１ｂ及び負極屈曲部１２２ｂに溶接されている。
なお、第３実施形態において、バスバー１０２は、直交方向における各屈曲部１２１ｂ，１２２ｂの外側面に接していてもよい。
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
上記実施形態における蓄電装置は、一方向に積層された複数の蓄電セルと、前記複数の蓄電セルの各蓄電セル同士を電気的に接続するバスバーと、を備え、前記各蓄電セルは、前記一方向に積層された複数の正極シートと、前記一方向に積層された複数の負極シートと、前記複数の正極シートに接続された正極集電板と、前記複数の負極シートに接続された負極集電板と、前記複数の正極シート、前記複数の負極シート、前記正極集電板の一部及び前記負極集電板の一部を被覆するラミネートフィルムと、を有し、前記正極集電板は、前記一方向と直交する直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する正極突出部を有し、前記負極集電板は、前記直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する負極突出部を有し、前記複数の蓄電セルは、前記複数の蓄電セルの一の蓄電セルにおける前記正極突出部と前記複数の蓄電セルのうち前記一の蓄電セルに隣接する蓄電セルにおける前記負極突出部とが前記一方向に互いに対向するように積層されており、前記バスバーは、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを接続している。
この蓄電装置では、バスバーが一方向に延びる形状を有するため、一方向におけるバスバーの長さを調整することにより、各蓄電セルの積層方向における厚さが変化することによる正極突出部及び負極突出部間の長さの変化に対応することが可能となる。よって、正極集電板及び負極集電板の形状を共通化させつつ各蓄電セルの厚み変更に対応可能となる。
また、前記正極突出部及び前記負極突出部は、前記一方向に直交する平板状に形成されており、前記バスバーは、前記正極突出部に面接触する正極接触部と、前記負極突出部に面接触する負極接触部と、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを連結する連結部と、を有していてもよい。
この場合において、前記連結部は、前記直交方向における前記正極突出部の内側の端部と前記直交方向における前記負極突出部の内側の端部とを連結していてもよい。
また、前記正極突出部は、前記直交方向に向かって張り出す正極張出部と、前記直交方向における前記正極張出部の外側の端部から前記一方向における一方側に向かって延びる形状を有する正極屈曲部と、を有し、前記負極突出部は、前記直交方向に向かって張り出す負極張出部と、前記直交方向における前記負極張出部の外側の端部から前記一方向における他方側に向かって延びる形状を有する負極屈曲部と、を有し、前記バスバーは、平板状に形成されており、かつ、前記正極屈曲部及び前記負極屈曲部の双方に面接触した状態で前記正極屈曲部と前記負極屈曲部とを接続していてもよい。
なお、今回開示された実施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。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
１ 組電池、１０ 蓄電装置、１１ 外部端子、１２ 外部端子、２０ 冷却装置、１００ 蓄電モジュール、１０１ 蓄電セル、１０２ バスバー、１０２ａ 正極接触部、１０２ｂ 負極接触部、１０２ｃ 連結部、１０２ｈ 貫通孔、１１０ 電極体、１１１ 正極シート、１１２ 負極シート、１１３ セパレータ、１２０ 集電板、１２０ｐ 正極集電板、１２０ｎ 負極集電板、１２１ 正極突出部、１２１ａ 正極張出部、１２１ｂ 正極屈曲部、１２２ 負極突出部、１２２ａ 負極張出部、１２２ｂ 負極屈曲部、１３０ ラミネートフィルム、１４０ 接着部材、２００ ケース、２１０ ケース本体、２２０ 閉塞板、３００ 絶縁シート、４００ 充填部、５００ 制限ユニット、Ｃ 冷却媒体、ｈ 注入口。

Claims (1)

  1. 蓄電装置と、
    前記蓄電装置を冷却する冷却装置と、を備え、
    前記蓄電装置は、
    一方向に積層された複数の蓄電セルと、
    金属からなり、前記複数の蓄電セルを収容するケースと、
    絶縁性及び熱伝導性を有する材料からなり、前記ケース内に充填された充填部と、
    前記複数の蓄電セルの各蓄電セル同士を電気的に接続するバスバーと、を備え、
    前記各蓄電セルは、
    前記一方向に積層された複数の正極シートと、
    前記一方向に積層された複数の負極シートと、
    前記複数の正極シートに接続された正極集電板と、
    前記複数の負極シートに接続された負極集電板と、
    前記複数の正極シート、前記複数の負極シート、前記正極集電板の一部及び前記負極集電板の一部を被覆するラミネートフィルムと、を有し、
    前記正極集電板は、前記一方向と直交する直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する正極突出部を有し、
    前記負極集電板は、前記直交方向に向かって前記ラミネートフィルムから突出する形状を有する負極突出部を有し、
    前記複数の蓄電セルは、前記複数の蓄電セルの一の蓄電セルにおける前記正極突出部と前記複数の蓄電セルのうち前記一の蓄電セルに隣接する蓄電セルにおける前記負極突出部とが前記一方向に互いに対向するように積層されており、
    前記バスバーは、前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを接続しており、
    前記正極突出部及び前記負極突出部は、前記一方向に直交する平板状に形成されており、
    前記バスバーは、
    前記正極突出部に面接触する正極接触部と、
    前記負極突出部に面接触する負極接触部と、
    前記一方向に延びる形状を有し、前記正極突出部と前記負極突出部とを連結する連結部と、を有し、
    前記連結部は、前記直交方向における前記正極接触部の外側の端部と前記直交方向における前記負極接触部の外側の端部とを連結しており、
    前記連結部には、前記一方向及び前記直交方向の双方と直交する方向に間隔を置いて並ぶように複数の貫通孔が設けられており、
    前記ケースは、前記直交方向に前記連結部と対向する対向壁を有し、
    前記冷却装置は、前記対向壁の外側面に接しており、
    前記充填部は、前記正極突出部と、前記負極突出部と、前記正極接触部と、前記負極接触部と、前記直交方向における前記連結部の内側面及び外側面と、前記対向壁の内側面と、に接触している、組電池。
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