JP2021086717A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の膨張を起因とした熱溶着部の損傷を抑制する。【解決手段】蓄電装置１は、長側面２１１及び短側面２１２を備え、内部に電極体を収容する容器２１を有する蓄電素子２０と、蓄電素子２０を密閉して収容する外装体１０とを備え、外装体１０は、開口部１１１を有し、蓄電素子２０が開口部１１１内に収容される本体部１１（第一部材）と、開口部１１１を覆った状態で本体部１１に接合される外蓋１２（第二部材）と、を備え、本体部１１と外蓋１２とは、開口部１１１の全周に沿って相互に接合された熱溶着部９０を有し、外蓋１２は、長側面２１１と平行な方向に突出した部位を有するとともに、開口部１１１の全周に沿って延設され、熱溶着部９０の一部をなす凸条部１２４を有し、本体部１１は、凸条部１２４よりも内方に配置され、熱溶着部９０を内方から覆う内壁部５１を有し、内壁部５１は、凸条部１２４によって外方から規制される。【選択図】図５

Description

本発明は、蓄電素子と外装体とを備える蓄電装置に関する。

従来、分割された一対の外装体（電池ケース）に対して蓄電素子（電池）を収容し、一対の外装体の連結面同士を超音波溶着することで、分割された外装体を熱溶着部で接合した蓄電装置（組電池）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３１３０１４号公報

蓄電素子は、充放電に伴って徐々に膨張する特性を有している。このため蓄電素子の膨張が進んでいくと、蓄電素子が外装体の内面を押圧して、外装体の熱溶着部に作用する応力も高まるので、熱溶着部が損傷するおそれがある。

本発明は、蓄電素子の膨張を起因とした外装体の熱溶着部の損傷を抑制することができる蓄電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電装置は、長側面及び当該長側面に隣接する短側面を備え、内部に電極体を収容する容器を有する蓄電素子と、蓄電素子を収容する外装体とを備え、外装体は、開口部を有し、蓄電素子が開口部内に収容される第一部材と、開口部を覆った状態で第一部材に接合される第二部材と、を備え、第一部材と第二部材とは、開口部の全周に沿って相互に接合された熱溶着部を有し、第二部材は、長側面と平行な方向に突出した部位を有するとともに、開口部の全周に沿って延設され、熱溶着部の一部をなす凸条部を有し、第一部材は、凸条部よりも内方に配置され、熱溶着部を内方から覆う内壁部を有し、内壁部は、凸条部によって外方から規制される。

ここで、蓄電素子は、膨張時において容器の短側面よりも長側面の方が膨張しやすい特性を有している。容器の長側面が膨張すると、当該膨張によって外装体の内壁部に対しても外方へ向かう押圧力が作用する。このとき、内壁部は、第二部材に備わる凸条部によって規制されるので、内壁部の外方への変形が抑制される。特に、凸条部は、蓄電素子の容器の長側面と平行な方向に突出した部位を有しているので、内壁部における長側面に対向する部位は、凸条部により外方から規制される。このため、短側面よりも膨張しやすい長側面の膨張が内壁部に伝達したとしても、凸条部による規制によって内壁部の変形が抑制される。また、内壁部は、押圧力を遮る障壁でもあるので、内壁部よりも外方に配置された熱溶着部には、押圧力が伝達されにくい。したがって、蓄電素子の膨張を起因とした外装体の熱溶着部の損傷を抑制することができる。

蓄電素子は、長側面同士が対向するように所定の方向に沿って複数積層されていてもよい。

これによれば、容器の長側面同士が対向するように所定の方向に沿って複数の蓄電素子が積層されているので、複数の蓄電素子のそれぞれが膨張することでより大きな押圧力が外装体の内壁部に作用することとなる。このような場合においても、容器の長側面に平行な方向に突出した凸条部によって、内壁部の外方への変形を抑制することができる。内壁部の変形が抑制されていれば、熱溶着部にも押圧力が伝達されにくい。このように、複数の蓄電素子が積層された蓄電装置であっても、蓄電素子の膨張を起因とした外装体の熱溶着部の損傷を抑制することが可能である。

内壁部は、第一部材において所定の方向に対応する部位に設けられていてもよい。

例えば直方体状の蓄電素子の容器の長側面同士が重なるように、複数の蓄電素子を積層した場合、複数の蓄電素子は、その並び方向（所定の方向）で膨張しやすい。つまり、第一部材における所定の方向に対応する部位では、他の部位よりも大きな押圧力が作用する。しかしながら、この第一部材における所定の方向に対応する部位に内壁部が設けられていれば、大きな押圧力を内壁部が確実に遮るために、外装体の熱溶着部の損傷をより確実に抑制することができる。

第一部材における熱溶着部をなす部位と、内壁部との間にはスリット部が形成されていてもよい。

これによれば、第一部材における熱溶着部をなす部位と、内壁部との間にはスリット部が形成されているので、内壁部が押圧力を受けて変形したとしても、その変形をスリット部で吸収することができる。これにより、内壁部の変形に連動して熱溶着部が押圧されることを抑制することができる。

第一部材は、凸条部よりも外方に配置され、凸条部を外方から規制する外壁部を有してもよい。

これによれば、第一部材に備わる外壁部が凸条部を外方から規制しているので、凸条部が内壁部からの押圧力を受けて外方へと変形しようとしたとしても、当該変形を外壁部が規制する。つまり、熱溶着部の一部をなす凸条部が変形しにくくなるので、外装体の熱溶着部の損傷をより抑制することができる。

第二部材は、凸条部よりも内方に配置され、内壁部の先端部が当接する当接部を有してもよい。

ここで、第一部材における熱溶着部をなす部位と、第二部材の凸条部とを熱溶着して熱溶着部を形成する際には、両者が溶融しているので、第一部材と第二部材との相対的な位置関係が流動的になってしまう。このため、第一部材と第二部材との位置関係を一定にする場合には、位置決め用の治具を用いて溶着する必要がある。

一方、上述したように凸条部よりも内方に配置された当接部が、内壁部の先端部に当接するのであれば、当接部と内壁部の先端部とで、第一部材と第二部材との相対的な位置関係を規定することができる。したがって、位置決め用の治具がなくとも第一部材と第二部材との位置関係を一定にすることができる。

本発明における蓄電装置によれば、蓄電素子の膨張を起因とした外装体の熱溶着部の損傷を抑制することができる。

実施の形態に係る蓄電装置の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電装置を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。 実施の形態に係る本体部の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る外蓋の概略構成を示す下面図である。 実施の形態に係る本体部と外蓋との接合構造を示す断面図である。 変形例１に係る本体部の概略構成を示す斜視図である。 変形例１に係る本体部と外蓋との接合構造を示す断面図である。 変形例２に係る本体部と外蓋との接合構造を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電装置について説明する。なお、以下で説明する実施の形態及びその変形例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態及びその変形例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。

また、以下の説明及び図面中において、蓄電素子の並び方向、蓄電素子の容器の長側面の対向方向、または、当該容器の厚さ方向をＸ軸方向と定義する。また、１つの蓄電素子における電極端子の並び方向、または、蓄電素子の容器の短側面の対向方向をＹ軸方向と定義する。また、蓄電装置の外装体における本体部と外蓋との並び方向、または、上下方向をＺ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（以下実施の形態及びその変形例では、直交）する方向である。なお、使用態様によってはＺ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。また、以下の説明において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示し、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。さらに、平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、２つの方向が直交している、とは、当該２つの方向が完全に直交していることを意味するだけでなく、実質的に直交していること、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。

［蓄電装置の全般的な説明］
まず、図１及び図２を用いて、実施の形態に係る蓄電装置１の全般的な説明を行う。図１は、実施の形態に係る蓄電装置１の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電装置１を分解した場合の各構成要素を示す分解斜視図である。

蓄電装置１は、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる装置であり、本実施の形態では、略直方体形状を有している。例えば、蓄電装置１は、電力貯蔵用途または電源用途等に使用される電池モジュール（組電池）である。具体的には、蓄電装置１は、例えば、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）及びガソリン自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール及びリニアモーターカーが例示される。また、蓄電装置１は、家庭用または発電機用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。

図１及び図２に示すように、蓄電装置１は、蓄電素子２０と、複数の蓄電素子２０を収容する外装体１０とを備える。外装体１０は、複数の蓄電素子２０を収容する本体部１１と、複数の蓄電素子２０の上方に配置されるバスバープレート１７と、バスバープレート１７の上方を覆う外蓋１２とを有する。

外装体１０は、蓄電装置１の外装体を構成する矩形状（箱状）の容器（モジュールケース）である。つまり、外装体１０は、複数の蓄電素子２０及びバスバープレート１７等を所定の位置に固定し、これら要素を衝撃などから保護する部材である。

本体部１１は、開口部１１１を有する第一部材の一例である。本体部１１は、上部が開放された有底矩形筒状の部材であり、その開放部分が開口部１１１である。本体部１１の開口部１１１内には、複数の蓄電素子２０、バスバープレート１７に加えて、バスバープレート１７に保持された複数のバスバー３３と、制御回路等を含む接続ユニット８０と、一対のエンドプレート３９とが収容されている。

外蓋１２は、本体部１１の開口部１１１を閉塞する矩形状の部材であり、第二部材の一例である。外蓋１２は、本体部１１の開口部１１１を覆った状態で本体部１１に接合されている。この接合構造の詳細については後述する。

外蓋１２は、正極側の外部端子９１及び負極側の外部端子９２を有している。外部端子９１及び９２は、接続ユニット８０及びバスバー３３を介して複数の蓄電素子２０と電気的に接続されており、蓄電装置１は、この外部端子９１及び９２を介して、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電する。外部端子９１及び９２は、例えば、真鍮などの銅合金、銅、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製の導電部材で形成されている。本体部１１は、開口が形成された有底矩形筒状のハウジング（筐体）であり、蓄電素子２０等を収容する。

また、外装体１０の本体部１１及び外蓋１２は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む））、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ＡＢＳ樹脂、若しくは、それらの複合材料等の絶縁部材、または、絶縁塗装をした金属等により形成されている。外装体１００は、これにより、蓄電素子２０等が外部の金属部材等に接触することを回避する。なお、蓄電素子２０等の電気的絶縁性が保たれる構成であれば、外装体１００は、金属等の導電部材で形成されていてもよい。

蓄電素子２０は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池（単電池）であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。蓄電素子２０は、扁平な直方体形状（角形）を有しており、本実施の形態では、８個の蓄電素子２０がＸ軸方向に配列されている。なお、蓄電素子２０の形状、及び、配列される蓄電素子２０の個数は限定されない。また、蓄電素子２０は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよく、また、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。

具体的には、蓄電素子２０は、金属製の容器２１を備えている。容器２１は、略直方体形状に形成されており、一対の長側面２１１と、一対の長側面２１１に隣接する一対の短側面２１２とを有している。一対の長側面２１１はＸ軸方向で対向しており、一対の短側面２１２はＹ軸方向で対向している。複数の蓄電素子２０のそれぞれは、容器２１の長側面２１１同士が対向するように積層されて、本体部１１内に収容されている。

容器２１の蓋部分には、金属製の正極端子２２１及び負極端子２２２が設けられている。蓋部分と正極端子２２１及び負極端子２２２との間には絶縁部材（図示省略）が介在しており、この絶縁部材によって蓋部分と正極端子２２１及び負極端子２２２とが絶縁されている。

正極端子２２１及び負極端子２２２は、容器２１の蓋部分から、バスバープレート１７側に向けて（上方、つまりＺ軸方向プラス側に向けて）突出して配置された電極端子である。この正極端子２２１及び負極端子２２２が、少なくとも１つのバスバー３３及び接続ユニット８０を介して外部端子９１、９２に接続されることにより、蓄電装置１が、外部からの電気を充電し、また外部へ電気を放電することができる。なお、容器２１の蓋部分には、電解液を注液する注液部、及び、容器２１内の圧力上昇時にガスを排出して圧力を開放するガス排出弁等が設けられていてもよい。また、容器２１の内方には、電極体（蓄電要素または発電要素ともいう）及び集電体（正極集電体及び負極集電体）等が配置され、電解液（非水電解質）などが封入されているが、詳細な説明は省略する。

バスバー３３は、バスバープレート１７に保持された状態で、少なくとも２つの蓄電素子２０上に配置され、当該少なくとも２つの蓄電素子２０の正極端子２２１及び負極端子２２２同士を電気的に接続する矩形状の板状部材である。バスバー３３は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製の導電部材で形成されている。なお、本実施の形態では、５つのバスバー３３を用いて、蓄電素子２０を２個ずつ並列に接続して４セットの蓄電素子群を構成し、かつ、当該４セットの蓄電素子群を直列に接続している。

また、接続ユニット８０は、複数のバスバー及び制御基板等を有するユニットであり、８個の蓄電素子２０からなる蓄電素子群と、外部端子９１及び９２とを接続する。接続ユニット８０が有する制御基板は複数の電気部品を有し、これら複数の電気部品により、各蓄電素子２０の状態を検出する検出回路、及び、充電及び放電を制御する制御回路等が形成されている。本実施の形態では、接続ユニット８０は、バスバープレート１７に固定されている。なお、検出回路及び制御回路は個別の基板に形成されていてもよい。また、接続ユニット８０は、制御基板を有しなくてもよい。この場合、例えば、蓄電装置１の外部に配置された制御装置が各蓄電素子２０の充電及び放電を制御してもよい。

バスバープレート１７は、複数の蓄電素子２０の上方（正極端子２２１及び負極端子２２２が配置されている側）に配置される保持部材の一例であり、本実施の形態では、バスバー３３を保持する部材である。より詳細には、バスバープレート１７は、複数のバスバー３３、接続ユニット８０、及び、その他配線類等（図示せず）を保持し、これら部材の位置規制等を行うことができる部材である。また、バスバープレート１７には、複数のバスバー３３のそれぞれを保持し、かつ、複数のバスバー３３それぞれの一部を複数の蓄電素子２０の側に露出させるバスバー用開口部１７ａが複数設けられている。また、バスバープレート１７は、本体部１１に固定されることで、例えば、複数の蓄電素子２０の上方（Ｚ軸方向プラス側）への移動を規制する役目も有している。

なお、複数の蓄電素子２０の上方に配置されるバスバープレート１７は、例えば、「バスバーフレーム」、または、「中蓋」等と呼ばれる場合もある。また、バスバープレート１７は、例えば、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰＳ、ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む）、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＥＳ、ＡＢＳ樹脂、若しくは、それらの複合材料等の絶縁部材、または、絶縁塗装をした金属等により形成されている。

一対のエンドプレート３９は、本体部１１内において複数の蓄電素子２０を一括して挟む位置に配置される矩形状の板体である。具体的には、一対のエンドプレート３９は、ＹＺ平面に平行な姿勢で、複数の蓄電素子２０をＸ軸方向で挟む位置に配置されている。つまり、一対のエンドプレート３９は、最も外側に配置された蓄電素子２０の容器２１の長側面２１１に対して重なるように配置されている。エンドプレート３９は、例えば、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、ＰＳ、ＰＰＳ、ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む）、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＥＳ、ＡＢＳ樹脂、若しくは、それらの複合材料等の絶縁部材、または、絶縁塗装をした金属等により形成されている。

［本体部と外蓋との接合構造］
次に、本体部１１と外蓋１２との接合構造について説明する。まず、本体部１１の接合構造に関する部位について説明する。図３は、実施の形態に係る本体部１１の概略構成を示す斜視図である。なお、図３においては、外蓋１２が接合される前の状態の本体部１１を示している。

図３に示すように、本体部１１の上端部には、開口部１１１を全周にわたって連続的に囲む接合部５０が設けられている。具体的には、接合部５０は、内壁部５１、中間壁部５２及び外壁部５３を備えている。内壁部５１、中間壁部５２及び外壁部５３は、上面視において三重の連続した矩形枠状の壁体である。

内壁部５１は、最内周に位置しており、その内壁面が開口部１１１の内壁面をなしている。外壁部５３は、最外周に位置しており、その外壁面が本体部１１の外壁面をなしている。中間壁部５２は、内壁部５１と外壁部５３との間に位置している。内壁部５１と中間壁部５２との間には、周方向に連続した矩形枠状の第一スリット部５４が形成されている。また、中間壁部５２と外壁部５３との間には、周方向に連続した矩形枠状の第二スリット部５５が形成されている。第一スリット部５４及び第二スリット部５５は、それぞれ上方が開放され、下部に底を有するスリットである。内壁部５１、中間壁部５２及び外壁部５３のそれぞれの上端面は、外蓋１２との接合前においては面一に形成されている。

また、本体部１１の開口部１１１における内壁面には、Ｚ軸方向に延設された複数のリブ１１２が設けられている。具体的には、Ｘ軸方向で対向する一対の内壁面には、複数のリブ１１２がＹ軸方向に沿って配列されている。また、Ｙ軸方向で対向する一対の内壁面には、複数のリブ１１２がＹ軸方向に沿って配列されている。各リブ１１２は、接合部５０よりも下方に配置されている。複数のリブ１１２は、複数の蓄電素子２０またはエンドプレート３９に当接し、当該蓄電素子２０及びエンドプレート３９を位置決めする部位である。

次に、外蓋１２の接合構造に関する部位について説明する。図４は、実施の形態に係る外蓋１２の概略構成を示す下面図である。図４に示すように、外蓋１２の内天面１２１には、外部端子９１及び９２と、収容凹部１２２とが設けられている。具体的には、外部端子９１及び９２は、その基部が内天面１２１から露出するように、外蓋１２を貫通した状態で固定されている。収容凹部１２２は、内天面１２１よりも上方に向かって窪んだ部位であり、その内部に接続ユニット８０等が収容されている。

外蓋１２の全周縁には、下方に向けて延設されたスカート部１２３が設けられている。スカート部１２３は、下面視において周方向に連続した矩形枠状に形成されている。また、外蓋１２において、内天面１２１とスカート部１２３との間には、下方に向けて突出した凸条部１２４が設けられている。凸条部１２４は、下面視において周方向に連続した矩形枠状に形成されている。凸条部１２４の内方には、全周にわたって連続するように内天面１２１が配置されている。凸条部１２４の外方、つまり凸条部１２４とスカート部１２３との間には、周方向に連続した矩形枠状の第三スリット部１２５が形成されている。第三スリット部１２５は、下方が開放され、上部に底を有するスリットである。第三スリット部１２５の底面と、内天面１２１とは面一となっている。本体部１１と外蓋１２との接合後においては、外蓋１２の凸条部１２４が、本体部１１の内壁部５１と外壁部５３との間に配置されることとなる。

図５は、実施の形態に係る本体部１１と外蓋１２との接合構造を示す断面図である。図５は、図１におけるＶ−Ｖ線を含むＸＺ平面に平行な切断面を見た断面図である。図５では、蓄電素子２０とバスバー３３とを平面図で図示している。凸条部１２４において図５に示す部位は、蓄電素子２０の容器２１の長側面２１１と平行な方向に突出した部位である。

ここで、本体部１１と外蓋１２との接合には熱溶着が採用されている。熱溶着は、接合対象である部材同士を熱により溶融した後に、密着させて再硬化させることにより接合する手法である。熱溶着としては、例えばヒートシール、超音波溶着などが挙げられる。本開示では、接着剤による接合は熱溶着に含まれないものとする。接着剤を用いた接合においても、接合対象である部材同士が溶融し、再硬化することになるが、硬化後に接合箇所を解析すれば当該部位に接着剤が残存している。このため、接合後においても、当該接合が熱溶着によるものか、接着剤によるものかを判別することが可能である。

熱溶着時においては、本体部１１では、中間壁部５２の先端部（上端部）の全周が加熱され溶融されている。一方、外蓋１２では、凸条部１２４の下端部の全周が溶融されている。この両者が溶融した状態で、外蓋１２を本体部１１に近づけて、凸条部１２４の下端部の全周を、中間壁部５２の先端部の全周に押し付けることで、溶融した部位同士が混ざり合う。このとき、本体部１１では、内壁部５１の先端部（上端部）が外蓋１２の内天面１２１に対して当接する。

内天面１２１における内壁部５１の先端部が当接する部位は、当接部１２９である。当接部１２９は、内天面１２１において凸条部１２４よりも内方に位置し、当該凸条部１２４に隣接した矩形枠状の領域（図４に示すハッチング部）である。内壁部５１の先端部と、当接部１２９とは加熱されていないために、溶融もしていない。このため、内壁部５１の先端部と、当接部１２９とが当接すれば、外蓋１２と本体部１１とのそれ以上の接近が規制される。これにより、外蓋１２と本体部１１との相対的な位置関係を一定にすることができ、溶融した部位同士の混ざり合い具合（厚み）を一定にすることができる。

なお、内壁部５１の先端部が外蓋１２の内天面１２１に対して当接する際には、外壁部５３の先端部（上端部）も外蓋１２の第三スリット部１２５の底面に対して当接する。つまり、第三スリット部１２５の底面も当接部１２９と同様に、外蓋１２と本体部１１とのそれ以上の接近を規制している。

混ざり合った部位は、非加熱の状態で一定時間経過すると硬化し一体化されて接合される。この接合部位は、熱溶着部９０である。熱溶着部９０は、開口部１１１の全周に沿って連続的に設けられている。換言すると、本体部１１と外蓋１２とは、開口部１１１の全周に沿って接合された熱溶着部９０を有している。なお、図５では、熱溶着部９０に対して、凸条部１２４の先端部（下端部）と中間壁部５２の先端部（上端部）との界面が図示されているが、実際には両者が混ざり合った状態で硬化しているので、界面は存在していない。この熱溶着部９０によって、本体部１１と外蓋１２とが全周にわたって封止され、気密性が確保されている。また、接合時には、中間壁部５２が凸条部１２４により押し潰されるために、凸条部１２４が内壁部５１と外壁部５３との間に進入する。接合後においては、凸条部１２４は、内壁部５１と外壁部５３とによって直接的に挟まれた状態となる。つまり、凸条部１２４の内面は、内壁部５１に当接し、凸条部１２４の外面は外壁部５３に当接している。これは熱溶着部９０においても同様のことが言える。また、接合後においても、第一スリット部５４は、内壁部５１と中間壁部５２との間に残存しており、第二スリット部５５は、中間壁部５２と外壁部５３との間に残存している。第一スリット部５４及び第二スリット部５５は、Ｘ軸方向視において、凸条部１２４に重ならない位置に配置されている。

外蓋１２の第三スリット部１２５内には、本体部１１の外壁部５３が嵌合している。外壁部５３は、凸条部１２４とスカート部１２３とによって直接的に挟まれている。つまり、外壁部５３の内面は、凸条部１２４に当接し、外壁部５３の外面はスカート部１２３に当接している。

次に、本体部１１と外蓋１２との接合構造の作用について説明する。蓄電素子２０は、膨張時において容器２１の短側面２１２よりも長側面２１１の方が膨張しやすい特性を有している。このため、容器２１の長側面２１１の膨張に注目して、本体部１１と外蓋１２との接合構造の作用について説明する。

図５に示すように、容器２１の長側面２１１が膨張すると、エンドプレート３９を介して本体部１１に対しても外方へ向かう押圧力が作用する（矢印Ｙ１）。この押圧力によって内壁部５１も外方へと移動しようとするが、当該内壁部５１が外蓋１２の凸条部１２４に当接しているために、その移動が凸条部１２４で規制される。すなわち内壁部５１の外方への変形が抑制される。特に、凸条部１２４は、当該部位において容器２１の長側面２１１と平行な方向に突出しているので、内壁部５１における長側面２１１に対向する部位は、凸条部１２４により外方から規制される。このため、短側面２１２よりも膨張しやすい長側面２１１の膨張が内壁部５１に伝達したとしても、凸条部１２４による規制によって内壁部５１のＸ軸方向の変形が抑制される。

なお、凸条部１２４は、蓄電素子２０の容器２１の短側面２１２に平行に突出した部位も有しているために、短側面２１２の膨張が内壁部５１に伝達したとしても、当該部位による規制によって内壁部５１のＹ軸方向の変形が抑制される。

また、内壁部５１は、押圧力を遮る障壁でもあるので、内壁部５１よりも外方に配置された熱溶着部９０には、押圧力が伝達されにくい。したがって、蓄電素子２０の膨張を起因とした熱溶着部９０の損傷を抑制することができる。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る蓄電装置１によれば、長側面２１１及び当該長側面２１１に隣接する短側面２１２を備え、内部に電極体を収容する容器２１を有する蓄電素子２０と、蓄電素子２０を収容する外装体１０とを備えている。外装体１０は、開口部１１１を有し、蓄電素子２０が開口部１１１内に収容される本体部１１（第一部材）と、開口部１１１を覆った状態で本体部１１に接合される外蓋１２（第二部材）と、を備えている。本体部１１と外蓋１２とは、開口部１１１の全周に沿って相互に接合された熱溶着部９０を有している。外蓋１２は、長側面２１１と平行な方向に突出した部位を有するとともに、開口部１１１の全周に沿って延設され、熱溶着部９０の一部をなす凸条部１２４を有している。本体部１１は、凸条部１２４よりも内方に配置され、熱溶着部９０を内方から覆う内壁部５１を有している。内壁部５１は、凸条部１２４によって外方から規制される。

これによれば、凸条部１２４が容器２１の長側面２１１と平行な方向に突出した部位を有しているので、内壁部５１における長側面２１１に対向する部位は、凸条部１２４により外方から規制される。このため、短側面２１２よりも膨張しやすい長側面２１１の膨張が内壁部５１に伝達したとしても、凸条部１２４による規制によって内壁部５１の変形をより確実に抑制することが可能である。また、内壁部５１は、押圧力を遮る障壁でもあるので、内壁部５１よりも外方に配置された熱溶着部９０には、押圧力が伝達されにくい。したがって、蓄電素子２０の膨張を起因とした熱溶着部９０の損傷を抑制することができる。

また、熱溶着部９０は、内壁部５１によって内方から覆われているので、蓄電素子２０から放出されたガスが内壁部５１によって遮られ熱溶着部９０まで伝わりにくい。このため、ガスを起因とした熱溶着部９０の損傷も抑制することができる。

また、蓄電素子２０は、長側面２１１同士が対向するようにＸ軸方向（所定の方向）に沿って複数積層されている。

これによれば、長側面２１１同士が対向するように所定の方向に沿って複数の蓄電素子２０が積層されているので、複数の蓄電素子のそれぞれが膨張することでより大きな押圧力が内壁部５１に作用することとなる。このような場合においても、容器２１の長側面２１１に平行な方向に突出した凸条部１２４によって、内壁部５１の外方への変形を抑制することができる。内壁部５１の変形が抑制されていれば、熱溶着部９０にも押圧力が伝達されにくい。このように、複数の蓄電素子２０が積層された蓄電装置１であっても、蓄電素子２０の膨張を起因とした熱溶着部９０の損傷を抑制することが可能である。

また、内壁部５１は、本体部１１においてＸ軸方向に対応する部位に設けられている。

例えば、直方体状の蓄電素子２０の長側面２１１同士が重なるように、複数の蓄電素子２０を積層した場合、複数の蓄電素子２０は、その並び方向（所定の方向）で膨張しやすい。つまり、本体部１１におけるＸ軸方向に対応する部位では、他の部位よりも大きな押圧力が作用する。しかしながら、この本体部１１におけるＸ軸方向に対応する部位に内壁部５１が設けられていれば、大きな押圧力を内壁部５１が確実に遮るために、熱溶着部９０の損傷をより確実に抑制することができる。

また、本体部１１における熱溶着部９０をなす部位と、内壁部５１との間には第一スリット部５４（スリット部）が形成されている。

これによれば、本体部１１における熱溶着部９０をなす部位と、内壁部５１との間には第一スリット部５４が形成されているので、内壁部５１が押圧力を受けて変形したとしても、その変形を第一スリット部５４で吸収することができる。これにより、内壁部５１の変形に連動して熱溶着部９０が押圧されることを抑制することができる。

また、上述したように、内壁部５１は凸条部１２４によって外方から規制される。第一スリット部５４が凸条部１２４に重なる位置に設けられていると、蓄電素子２０の膨張によって内壁部５１が外方に変形すれば第一スリット部５４が潰れてしまい、その後においては内壁部５１の変形に連動して熱溶着部９０が押圧されてしまう。本実施形態では、第一スリット部５４が凸条部に重ならない位置に配置されているので、内壁部５１が外方に変形したとしても第一スリット部５４は常に維持される。このため、内壁部５１の変形に連動して熱溶着部９０が押圧されることをより確実に抑制することができる。

また、本体部１１は、凸条部１２４よりも外方に配置され、凸条部１２４を外方から規制する外壁部５３を有する。

これによれば、本体部１１に備わる外壁部５３が凸条部１２４を外方から規制しているので、凸条部１２４が内壁部５１からの押圧力を受けて外方へと変形しようとしたとしても、当該変形を外壁部５３が規制する。つまり、熱溶着部９０の一部をなす凸条部１２４が変形しにくくなるので、熱溶着部９０の損傷をより抑制することができる。

また、本体部１１における熱溶着部９０をなす部位と、外壁部５３との間には第二スリット部５５が形成されている。

これによれば、本体部１１における熱溶着部９０をなす部位と、外壁部５３との間には第二スリット部５５が形成されているので、外部からの衝撃をスカート部１２３が受けて、外壁部５３が変形したとしても、その変形を第二スリット部５５で吸収することができる。これにより、外部からの衝撃によって熱溶着部９０が押圧されることを抑制することができる。

また、外蓋１２は、凸条部１２４よりも内方に配置され、内壁部５１の先端部が当接する当接部１２９を有する。

これによれば、凸条部１２４よりも内方に配置された当接部１２９が、内壁部５１の先端部に当接するので、当接部１２９と内壁部５１の先端部とで、本体部１１と外蓋１２との相対的な位置関係を規定することができる。したがって、位置決め用の治具がなくとも本体部１１と外蓋１２との位置関係を一定にすることができる。

［変形例１］
上記実施の形態では、本体部１１の接合部５０が、内壁部５１、中間壁部５２及び外壁部５３を備えている場合を例示した。この変形例１では、外壁部を有していない接合部５０ａを例示して説明する。図６は、変形例１に係る本体部１１ａの概略構成を示す斜視図である。図７は、変形例１に係る本体部１１ａと外蓋１２との接合構造を示す断面図である。具体的には、図６は図３に対応する図であり、図７は図５に対応する図である。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図６及び図７に示すように、変形例１に係る接合部５０ａは、内壁部５１及び中間壁部５２を備えており、外壁部を備えていない。このため、変形例１に係る本体部１１ａは、実施の形態に係る本体部１１よりも上面視で小型化されている。

図７に示すように、変形例１に係る本体部１１ａと外蓋１２との接合構造においても、熱溶着部９０は、開口部１１１の全周に沿って連続的に設けられている。熱溶着部９０の一部をなす凸条部１２４と、内壁部５１と、第一スリット部５４とは上記実施の形態と同様の位置関係であるために、これらについては上記実施の形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

一方、外蓋１２の第三スリット部１２５内には、外壁部が収容されないので、当該第三スリット部１２５の幅を、上記実施の形態の第三スリット部１２５と比べても小さくすることができる。このため、変形例１に係る外蓋１２は、実施の形態に係る外蓋１２よりも上面視で小型化にすることが可能であり、結果的に蓄電装置１の小型化が可能である。

［変形例２］
上記実施の形態では、本体部１１の接合部５０が、内壁部５１、中間壁部５２及び外壁部５３を備えている場合を例示した。この変形例１では、中間壁部及び外壁部を有していない接合部５０ｂを例示して説明する。図８は、変形例２に係る本体部１１ｂと外蓋１２との接合構造を示す断面図である。具体的には、図８は図５に対応する図である。

図８に示すように、変形例２においては、凸条部１２４の内面と、内壁部５１の先端部（上端部）の外面とが熱溶着されることで、混ざり合い熱溶着部９０ｂをなしている。なお、図８では、熱溶着部９０ｂに対して、凸条部１２４の内面と内壁部５１の先端部の外面との界面が図示されているが、実際には両者が混ざり合った状態で硬化しているので、界面は存在していない。この場合においても、短側面２１２よりも膨張しやすい長側面２１１の膨張が内壁部５１に伝達したとしても、凸条部１２４による規制によって内壁部５１の変形をより確実に抑制することが可能である。

［その他］
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。つまり、今回開示された実施の形態及び変形例は全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説明ではなく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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上記実施の形態及びその変形例では、蓄電素子２０の膨張前の状態から、凸条部１２４が内壁部５１に当接していることで、当該凸条部１２４が内壁部５１を外方から規制している場合を例示した。しかしながら、蓄電素子２０の膨張前の状態では、凸条部１２４が内壁部５１に当接しておらず両者間に隙間が設けられていてもよい。蓄電素子２０が膨張することで内壁部５１も膨張するが、その膨張によって内壁部５１が凸条部１２４に当接すれば、それ以上の内壁部５１の変形を規制することが可能である。

また、上記実施の形態では、内壁部５１が凸条部１２４及び中間壁部５２及び外壁部５３が、本体部１１の全周にわたって設けられている場合を例示した。しかしながら、凸条部１２４及び中間壁部５２及び外壁部５３は、開口部１１１の全周の密閉性を確保できるのであれば、所定の方向（Ｘ軸方向）に対応する部位にのみ設けられていればよい。これにより、蓄電装置を小型にしつつ、少なくとも長側面の膨張を起因とした熱溶着部の損傷を抑制することができる。

また、上記実施の形態及びその変形例では、本体部１１内に複数の蓄電素子２０が収容される場合を例示した。しかしながら、本体部内に１つの蓄電素子のみが収容されていてもよい。この場合、本体部は、１つの蓄電素子の膨張を受ける形状を有するものとする。

また、上記実施の形態では、本体部１１が第一スリット部５４及び第二スリット部５５を有する場合を例示した。しかしながら、本体部は第一スリット部及び第二スリット部の少なくとも一方を有していなくてもよい。

また、上記実施の形態及びその変形例では、外蓋１２が当接部１２９を有している場合を例示した。しかしながら、外蓋は当接部を有していなくてもよい。

また、上記実施の形態及びその変形例に含まれる構成要素を任意に組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を備えた蓄電装置に適用できる。

１ 蓄電装置
１０ 外装体
１１、１１ａ、１１ｂ 本体部（第一部材）
１２ 外蓋（第二部材）
１７ バスバープレート
１７ａ バスバー用開口部
２０ 蓄電素子
２１ 容器
３３ バスバー
３９ エンドプレート
５０、５０ａ、５０ｂ 接合部
５１ 内壁部
５２ 中間壁部
５３ 外壁部
５４ 第一スリット部（スリット部）
５５ 第二スリット部
８０ 接続ユニット
９０、９０ｂ 熱溶着部
９１、９２ 外部端子
１１１ 開口部
１１２ リブ
１２１ 内天面
１２２ 収容凹部
１２３ スカート部
１２４ 凸条部
１２５ 第三スリット部
１２９ 当接部
２１１ 長側面
２１２ 短側面
２２１ 正極端子
２２２ 負極端子

Claims (6)

1. 長側面及び当該長側面に隣接する短側面を備え、内部に電極体を収容する容器を有する蓄電素子と、
   前記蓄電素子を収容する外装体とを備え、
   前記外装体は、
   開口部を有し、前記蓄電素子が開口部内に収容される第一部材と、
   前記開口部を覆った状態で前記第一部材に接合される第二部材と、を備え、
   前記第一部材と前記第二部材とは、前記開口部の全周に沿って相互に接合された熱溶着部を有し、
   前記第二部材は、前記長側面と平行な方向に突出した部位を有するとともに、前記開口部の全周に沿って延設され、前記熱溶着部の一部をなす凸条部を有し、
   前記第一部材は、前記凸条部よりも内方に配置され、前記熱溶着部を内方から覆う内壁部を有し、
   前記内壁部は、前記凸条部によって外方から規制される
   蓄電装置。
2. 前記蓄電素子は、前記長側面同士が対向するように所定の方向に沿って複数積層されている
   請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記内壁部は、前記第一部材において前記所定の方向に対応する部位に設けられている
   請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記第一部材における前記熱溶着部をなす部位と、前記内壁部との間にはスリット部が形成されている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
5. 前記第一部材は、前記凸条部よりも外方に配置され、前記凸条部を外方から規制する外壁部を有する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
6. 前記第二部材は、前記凸条部よりも内方に配置され、前記内壁部の先端部が当接する当接部を有する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置。

Images